KR20210127919A - Streptavidin-oligo conjugate composition of pMHC occupancy - Google Patents

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Abstract

본 발명은 상이한 핵산 분자로 바코딩된 pMHC 다량체 종 및 생물학적 샘플에서 항원 반응성 및 TCR 결합력을 결정하고, 상응하는 T 세포 전사체, T 세포 프로테옴, T 세포 후성 유전체 또는 TCR 유전자좌를 서열화하기 위한 그 용도를 설명한다.The present invention provides a method for determining antigen reactivity and TCR avidity in pMHC multimeric species and biological samples encoded with different nucleic acid molecules, and for sequencing the corresponding T cell transcript, T cell proteome, T cell epigenome or TCR locus. Describe the use.

Description

pMHC 점유의 스트렙타비딘-올리고 결합체 조성물Streptavidin-oligo conjugate composition of pMHC occupancy

관련 출원Related applications

이 출원은 2018년 12월 18일 출원된 미국 가특허 출원 제62/781,377에 대하여 이익과 우선권을 주장하며, 그 내용은 여기에 참조로 통합된다. This application claims the benefit and priority to U.S. Provisional Patent Application No. 62/781,377, filed December 18, 2018, the contents of which are incorporated herein by reference.

바코딩된 항체 및 바코딩된 pMHC 다량체는 최근에 동족 세포(cognate cells) 및 결합 단백질/펩타이드의 대량(high-troughput) 시퀀싱이 가능하도록 개발되었다. 바코딩된 MHC 다량체는 잠재적으로 단일 세포 수준에서 이 정보를 전사체, 단백질체 및 TCR 서열 데이터와 결합할 수 있는 능력과 함께 TCR-pMHC 결합 이벤트의 대량 다량체화(multiplexed) NGS-기반 스크리닝을 가능하게 한다. 최근 예시들은 바코딩된 pMHC 다량체의 실현 가능성과 유용성을 보여준다1,4,5. 그러나 한 가지 한계는 TCR-pMHC 결합력을 측정하기 위해 스트렙타비딘 당 pMHC 단량체 로딩을 미세 조정하는 현재 기술의 불능이다. TCR-pMHC 결합력을 평가할 수 있는 바코딩된 pMHC 다량체가 필요하다. 화학적 결합을 피하고 MHC 단량체 시약을 절약하는 바코딩된 pMHC 다량체를 생산하는 비용-효율적인 방법도 필요하다.Barcoded antibodies and barcoded pMHC multimers have recently been developed to enable high-troughput sequencing of cognate cells and binding proteins/peptides. Barcoded MHC multimers potentially allow for massively multiplexed NGS-based screening of TCR-pMHC binding events with the ability to combine this information with transcriptomic, proteomic and TCR sequence data at the single cell level. make it Recent examples show the feasibility and utility of barcoded pMHC multimers 1,4,5 . However, one limitation is the inability of the current technique to fine-tune the pMHC monomer loading per streptavidin to measure TCR-pMHC avidity. There is a need for barcoded pMHC multimers capable of assessing TCR-pMHC avidity. There is also a need for cost-effective methods to produce barcoded pMHC multimers that avoid chemical bonding and save on MHC monomer reagents.

발명의 개요Summary of invention

본원은 TCR-pMHC 결합력 평가와 병행하여 T 셀로믹스 분석을 조합하기 위한 플랫폼으로 사용될 수 있는 공유 및 비공유 결합된 바코딩된 SA-올리고 결합체(도 1)를 모두 생산하는 조성물 및 방법에 관한 것이다.The present application relates to compositions and methods for producing both covalently and non-covalently linked barcoded SA-oligo conjugates (FIG. 1) that can be used as a platform for combining T cellomics assays in parallel with TCR-pMHC avidity assessment.

한 측면에서, 본 개시는 스트렙타비딘 분자에 비공유 결합된 적어도 하나의 비오티닐화된 pMHC 분자 및 동일한 백본 분자에 공유 또는 비공유 결합된 적어도 하나의 핵산 분자로 구성된 다양한 백본 (예. 스트렙타비딘) 점유의 바코딩된 pMHC 다량체 종류를 제공한다. 여기서 핵산은 중앙 바코드 영역을 포함할 수 있다.In one aspect, the present disclosure provides various backbones (eg streptavidin) consisting of at least one biotinylated pMHC molecule non-covalently bound to a streptavidin molecule and at least one nucleic acid molecule covalently or non-covalently bound to the same backbone molecule. Occupy barcoded pMHC multimer species. wherein the nucleic acid may comprise a central barcode region.

또 다른 측면에서, 본 개시는 원하는 스트렙타비딘 점유를 얻기위해 HPLC 정제를 이용하여 비오티닐화된 올리고로 스트렙타비딘을 바코딩하는 것을 제공한다.In another aspect, the present disclosure provides barcoding of streptavidin into a biotinylated oligo using HPLC purification to obtain a desired streptavidin occupancy.

또 다른 측면에서, 본 개시는 공유 결합(예. 티오에티르 결합 또는 비스-아릴히드라존(arylhydrazone) 결합체 결합)을 이용하여 스트렙타비딘 당 적어도 하나의 올리고로 스트렙타비딘을 바코딩하는 것을 제공한다.In another aspect, the present disclosure provides for barcoding streptavidin with at least one oligo per streptavidin using a covalent bond (eg, a thioethyr bond or a bis-arylhydrazone conjugate bond). do.

한 측면에서, 본 개시는 중앙 바코드 영역 및 폴리-A 꼬리를 포함하는 적어도 하나의 핵산 분자로 바코딩된 pMHC 다량체를 제공한다.In one aspect, the present disclosure provides a pMHC multimer barcoded with at least one nucleic acid molecule comprising a central barcode region and a poly-A tail.

또 다른 측면에서, 본 개시는 중앙 바코드 영역 및 TCR 불변 유전자에 상보적인 뉴클레오티드 서열을 포함하는 적어도 하나의 핵산 분자로 바코딩된 pMHC 다량체를 제공한다.In another aspect, the present disclosure provides a pMHC multimer barcoded with at least one nucleic acid molecule comprising a central barcode region and a nucleotide sequence complementary to a TCR constant gene.

또 다른 측면에서, 본 개시는 중앙 바코드 영역 및 주형 스위치 올리고 서열을 포함하는 적어도 하나의 핵산 분자로 바코딩된 pMHC 다량체를 제공한다. In another aspect, the present disclosure provides a pMHC multimer barcoded with at least one nucleic acid molecule comprising a central barcode region and a template switch oligo sequence.

또 다른 측면에서, 본 개시는 본원에 개시된 바코딩된 pMHC 다량체를 제조하거나 또는 사용하는 방법을 제공한다.In another aspect, the present disclosure provides methods of making or using the barcoded pMHC multimers disclosed herein.

한 측면에서, 본 개시는 다음을 포함하는 펩타이드-주조직 적합성 복합체 (pMHC) 바코딩된 다량체를 제공한다:In one aspect, the present disclosure provides a peptide-major histocompatibility complex (pMHC) barcoded multimer comprising:

적어도 하나의 조정 가능한 pMHC 본체 (entity)로, 여기서 상기 pMHC 본체는 백본 분자에 의해 연결된 적어도 하나의 pMHC 분자; 및 백본 분자당 적어도 하나의 핵산 분자를 포함하고, 여기서 상기 핵산 분자는 공유 또는 비공유 결합된 결합체를 포함한다: at least one tunable pMHC entity, wherein the pMHC entity comprises at least one pMHC molecule linked by a backbone molecule; and at least one nucleic acid molecule per backbone molecule, wherein said nucleic acid molecule comprises a covalently or non-covalently linked binder:

pMHC 다량체의 일부 구현예에서 핵산 분자는 다음을 포함한다:In some embodiments of the pMHC multimer the nucleic acid molecule comprises:

pMHC 바코딩 뉴클레오티드의 중앙 스트레치 및 표적 올리고에 상보성을 갖는 뉴클레오티드의 두 번째 스트레치.A central stretch of pMHC barcoded nucleotides and a second stretch of nucleotides with complementarity to the target oligo.

일부 구현예에서, pMHC 다량체는 NGS에서 사용된다.In some embodiments, pMHC multimers are used in NGS.

pMHC 다량체의 일부 구현예에서, 백본 분자는 스트렙타비딘이다.In some embodiments of the pMHC multimer, the backbone molecule is streptavidin.

pMHC 다량체의 일부 구현예에서, 다량체는 백본 분자당 적어도 1개, 적어도 2개, 적어도 3개 또는 적어도 4개의 pMHC 본체를 포함한다.In some embodiments of the pMHC multimer, the multimer comprises at least 1, at least 2, at least 3 or at least 4 pMHC bodies per backbone molecule.

일부 구현예에서, pMHC 다량체는 T 세포 수용체 (TCR)-pMHC 결합력을 모니터링하는데 사용된다.In some embodiments, pMHC multimers are used to monitor T cell receptor (TCR)-pMHC avidity.

pMHC 다량체의 일부 구현예에서, 스트렙타비딘은 적어도 하나의 핵산 분자에 공유 결합되어, 스트렙타비딘 당 적어도 4개의 MHC 단량체를 제공한다.In some embodiments of the pMHC multimer, the streptavidin is covalently linked to at least one nucleic acid molecule to provide at least 4 MHC monomers per streptavidin.

pMHC 다량체의 일부 구현예에서, 스트렙타비딘은 적어도 하나의 핵산 분자에 비공유 결합되고, 여기서 핵산 분자는 비오티닐화되고, 적어도 하나의 비오티닐화된 핵산 분자 및 스트렙타비딘은 비율로 복합체화되며, 여기서 그 비율은 1 스트렙타비딘: 1 올리고, 1 스트렙타비딘: 2 올리고, 1 스트렙타비딘: 3 올리고로 이루어진 군에서 선택된다.In some embodiments of the pMHC multimer, streptavidin is non-covalently bound to at least one nucleic acid molecule, wherein the nucleic acid molecule is biotinylated, and wherein the at least one biotinylated nucleic acid molecule and streptavidin are complexed in a ratio. wherein the ratio is selected from the group consisting of 1 streptavidin: 1 oligo, 1 streptavidin: 2 oligo, and 1 streptavidin: 3 oligo.

일부 구현예에서, pMHC 다량체는 HPLC 정제 공정에 의해 제조된다.In some embodiments, the pMHC multimer is prepared by an HPLC purification process.

pMHC 다량체의 일부 구현예에서, 스트렙타비딘은 적어도 하나의 핵산 분자에 공유 결합되고, 여기서 핵산 분자는 바코드 및 적어도 하나의 비오틴 결합 부위를 포함하고, 여기서 상기 결합 부위는 다음을 포함한다:In some embodiments of the pMHC multimer, streptavidin is covalently bound to at least one nucleic acid molecule, wherein the nucleic acid molecule comprises a barcode and at least one biotin binding site, wherein the binding site comprises:

비오티닐화된 펩타이드, 비오티닐화된 단백질, 비오티닐화된 중합체, 비오티닐화된 형광단(fluorophores), 비오티닐화된 절단성 올리고 또는 비오티닐화된 제제.Biotinylated peptides, biotinylated proteins, biotinylated polymers, biotinylated fluorophores, biotinylated cleavable oligos or biotinylated agents.

pMHC 다량체의 일부 구현예에서, 적어도 하나의 핵산 분자는 5' PCR 핸들 영역, 중앙 바코드 영역, 선택적으로 UMI, 또는 선택적으로 적어도 10개의 연속 아데닌의 3' 폴리-A 꼬리 영역으로 구성된다.In some embodiments of the pMHC multimer, the at least one nucleic acid molecule consists of a 5' PCR handle region, a central barcode region, optionally a UMI, or optionally a 3' poly-A tail region of at least 10 contiguous adenines.

pMHC 다량체의 일부 구현예에서, 적어도 하나의 핵산 3' 말단 꼬리는 표적 올리고 서열에 상보적인 임의의 서열로 구성된다.In some embodiments of the pMHC multimer, the at least one nucleic acid 3' terminal tail consists of any sequence complementary to the target oligo sequence.

pMHC 다량체의 일부 구현예에서, 적어도 하나의 핵산 분자는 길이가 약 10 - 200 개 뉴클레오티드 또는 그 이상이다.In some embodiments of the pMHC multimer, the at least one nucleic acid molecule is about 10-200 nucleotides or more in length.

또 다른 측면에서, 본 개시는 임의의 상기 전술한 pMHC 다량체의 복수 서브 세트를 포함하는 조성물을 제공하며, 여기서 pMHC 다량체의 각 서브 세트는 상이한 펩타이드에 결합하고 상응하는 바코드 영역 서열을 갖는다.In another aspect, the present disclosure provides a composition comprising a plurality of subsets of any of the aforementioned pMHC multimers, wherein each subset of the pMHC multimers binds a different peptide and has a corresponding barcode region sequence.

또 다른 측면에서, 본 개시는 특정 MHC 분자를 상응하는 T 세포 전사체와 연결하는 방법을 제공하며, 이는 다음을 포함한다:In another aspect, the present disclosure provides a method of linking a particular MHC molecule with a corresponding T cell transcript, comprising:

a) 복수의 임의의 전술한 pMHC 다량체 분자, T 세포 및 5' PCR 핸들, 중앙 세포 바코드, UMI, 및 미끼(bait) 서열을 포함하는 결합 표적 올리고에 연결된 입자를 포함하는 테스트 샘플을 형성하는 단계;a) forming a test sample comprising a plurality of any of the foregoing pMHC multimeric molecules, T cells and particles linked to a binding target oligo comprising a 5' PCR handle, a central cell barcode, a UMI, and a bait sequence; step;

b) 각 방울(droplet)이 단 하나의 입자 그리고 하나 이상의 pMHC 다량체 분자에 결합된 하나의 T 세포를 포함하도록 테스트 샘플로부터 방울을 형성하는 단계;b) forming droplets from the test sample such that each droplet contains only one particle and one T cell bound to one or more pMHC multimeric molecules;

c) 각 방울에서 T 세포 cDNA 라이브러리 및 pMHC 바코드 라이브러리를 생성하는 단계; 및c) generating a T cell cDNA library and a pMHC barcode library from each drop; and

d) T 세포 mRNA 라이브러리와 MCH 바코드 라이브러리를 모두 시퀀싱하여, 특정 MHC 분자를 상응하는 T 세포 전사체와 연결하는 단계.d) sequencing both the T cell mRNA library and the MCH barcode library to link specific MHC molecules with the corresponding T cell transcript.

방법의 일부 구현예에서, 미끼 서열은 3' 폴리-(dT)이다.In some embodiments of the method, the bait sequence is 3' poly-(dT).

또 다른 측면에서, 본 개시는 다음을 포함하는 다량체 pMHC를 제공한다:In another aspect, the present disclosure provides a multimeric pMHC comprising:

백본 분자에 의해 연결된 하나 이상의 pMHC 분자; 및 상기 백본에 연결된 적어도 하나의 핵산 분자, 여기서 상기 핵산 분자는 증폭되도록 설계된 핵산의 중앙 스트레치 (바코드 영역) 및 TCR 불변 유전자에 상보적인 뉴클레오티드 서열.one or more pMHC molecules linked by backbone molecules; and at least one nucleic acid molecule linked to said backbone, wherein said nucleic acid molecule is a nucleotide sequence complementary to a central stretch (barcode region) of a nucleic acid designed to be amplified and a TCR constant gene.

일부 구현예에서, 다량체 pMHC는 백본에 연결된 제 1형 핵산 분자를 포함하고; 여기서 제 1형의 핵산 분자는 중앙 바코드 영역 및 TCRα 또는 TCRβ 불변 유전자에 상보적인 뉴클레오티드 서열을 포함한다.In some embodiments, the multimeric pMHC comprises a type 1 nucleic acid molecule linked to a backbone; wherein the nucleic acid molecule of type 1 comprises a central barcode region and a nucleotide sequence complementary to a TCRα or TCRβ constant gene.

일부 구현예에서, 다량체 pMHC는 백본에 연결된 제 1및 제 2형의 핵산 분자를 포함하고; 여기서 In some embodiments, the multimeric pMHC comprises nucleic acid molecules of type 1 and type 2 linked to a backbone; here

제 1형 핵산분자는 중앙 바코드 영역 및 TCRα 불변 유전자에 상보적인 뉴클레오티드 서열을 포함하고, The type 1 nucleic acid molecule comprises a central barcode region and a nucleotide sequence complementary to the TCRα constant gene,

제 2형 핵산 분자는 중앙 바코드 영역 및 TCRβ 불변 유전자에 상보적인 뉴클레오티드 서열을 포함하고; The type 2 nucleic acid molecule comprises a central barcode region and a nucleotide sequence complementary to the TCRβ constant gene;

두 종류의 핵산 분자의 바코드 영역은 동일한 서열을 가지고; The barcode regions of the two types of nucleic acid molecules have the same sequence;

선택적으로 두 종류의 핵산 분자 각각에 대한 UMI 서열은 무작위적이며 따라서 각각의 핵산의 동일한 영역에 위치하더라도 서로 상이하다.Optionally, the UMI sequences for each of the two types of nucleic acid molecules are random and thus differ from each other even if they are located in the same region of each nucleic acid.

다량체 pMHC의 일부 구현예에서, 핵산 분자는 5' PCR 핸들, 중앙 바코드 영역, UMI 및 TCR 불변 유전자에 상보적인 3' 뉴클레오티드 서열을 포함한다.In some embodiments of the multimeric pMHC, the nucleic acid molecule comprises a 3' nucleotide sequence complementary to a 5' PCR handle, a central barcode region, UMI and TCR constant genes.

다량체 pMHC의 일부 구현예에서, 핵산 분자는 TCR 불변 유전자의 5' 말단에 상보적인 뉴클레오티드 서열을 포함한다.In some embodiments of the multimeric pMHC, the nucleic acid molecule comprises a nucleotide sequence complementary to the 5' end of the TCR constant gene.

다량체 pMHC의 일부 구현예에서, TCR 불변 유전자는 TCRα 불변 유전자, TCRβ불변 1 유전자 또는 TCRβ불변 2 유전자이다.In some embodiments of the multimeric pMHC, the TCR constant gene is a TCRα constant gene, a TCRβ constant 1 gene, or a TCRβ constant 2 gene.

다량체 pMHC의 일부 구현예에서, 5' 말단 및/또는 3' 말단 핵산 분자는 백본 분자에 연결된다.In some embodiments of the multimeric pMHC, the 5'-terminal and/or 3'-terminal nucleic acid molecule is linked to a backbone molecule.

다량체 pMHC의 일부 구현예에서, 핵산 분자는 바코드 영역에 인접한 고유 분자 식별자 (UMI)를 추가로 포함한다.In some embodiments of the multimeric pMHC, the nucleic acid molecule further comprises a unique molecular identifier (UMI) adjacent to the barcode region.

다량체 pMHC의 일부 구현예에서, 적어도 하나의 핵산 분자는 길이가 약 10 - 200 개의 뉴클레오티드 또는 그 이상이다.In some embodiments of the multimeric pMHC, the at least one nucleic acid molecule is about 10-200 nucleotides or more in length.

또 다른 측면에서, 본 개시는 다음을 포함하는 조성물을 제공한다:In another aspect, the present disclosure provides a composition comprising:

임의의 상기 전술한 다량체 pMHC의 복수의 서브 세트, 여기서 다량체의 MHC의 각 서브 세트는 상이한 펩타이드와 결합하고 상응하는 바코드 영역 서열을 갖는다.a plurality of subsets of any of the aforementioned multimeric pMHCs, wherein each subset of the multimeric MHCs binds a different peptide and has a corresponding barcode region sequence.

또 다른 측면에서, 본 개시는 특정 MHC 분자와 상응하는 TCRα 및/또는 TCRβ 서열을 연결하는 방법을 제공하며, 이는 다음을 포함한다:In another aspect, the present disclosure provides a method of linking a specific MHC molecule with a corresponding TCRα and/or TCRβ sequence, comprising:

a) 임의의 상기 전술한 다량체 pMHC중 하나 이상을 제공하는 단계;a) providing one or more of any of the aforementioned multimeric pMHCs;

b) 상기 다량체 pMHC 분자를 T 세포와 접촉시키는 단계;b) contacting said multimeric pMHC molecule with a T cell;

c) 다량체 MHC 분자에 결합하지 않은 세포로부터 다량체 MHC 분자에 결합된 T 세포를 분리하는 단계;c) isolating the T cells bound to the multimeric MHC molecule from the cells not bound to the multimeric MHC molecule;

d) 분리된 T 세포를 용해하는 단계;d) lysing the isolated T cells;

e) 각 DNA 분자가 TCRα 및/또는 TCRβ 유전자의 서열과 pMHC 바코드를 포함하는 DNA 라이브러리를 생성하는 단계; 및e) generating a DNA library in which each DNA molecule comprises a sequence of TCRα and/or TCRβ genes and a pMHC barcode; and

f) DNA 라이브러리를 시퀀싱하여 특정 pMHC 분자를 상응하는 TCRα 및/또는 TCRβ서열에 연결하는 단계.f) sequencing the DNA library to link specific pMHC molecules to the corresponding TCRα and/or TCRβ sequences.

전술한 방법의 일부 구현예에서, 단계 c)는 FACS 분류(sorting) 또는 마그네틱 비드-기반 분리에 의해 달성된다.In some embodiments of the method described above, step c) is accomplished by FACS sorting or magnetic bead-based separation.

전술한 방법의 일부 구현예에서, 다량체 pMHC 분자는 직접 또는 간접적으로 형광 표지된다.In some embodiments of the aforementioned methods, the multimeric pMHC molecule is directly or indirectly fluorescently labeled.

전술한 방법의 일부 구현예에서, 바코딩된 pMHC 분자와 결합된 T 세포는 단일 수집 튜브에서 대량 분류된다.In some embodiments of the aforementioned methods, the T cells bound to the barcoded pMHC molecules are bulk sorted in a single collection tube.

전술한 방법의 일부 구현예에서, 바코딩된 pMHC 분자와 결합된 동족 T 세포는 단일 세포로서 개별 플레이트 웰로 분류된다.In some embodiments of the aforementioned methods, cognate T cells associated with the barcoded pMHC molecule are sorted into individual plate wells as single cells.

또 다른 측면에서, 본 개시는 다음을 포함하는 다량체 pMHC를 제공한다:In another aspect, the present disclosure provides a multimeric pMHC comprising:

백본 분자에 의해 연결된 하나 이상의 pMHC 분자; 및 상기 백본에 연결된 적어도 하나의 핵산 분자, 여기서 상기 핵산 분자는 증폭되도록 설계된 핵산 (바코드 영역)의 중앙 스트레치 및 주형 스위치 올리고 서열을 포함한다.one or more pMHC molecules linked by backbone molecules; and at least one nucleic acid molecule linked to the backbone, wherein the nucleic acid molecule comprises a central stretch of a nucleic acid (barcode region) designed to be amplified and a template switch oligo sequence.

다량체 pMHC의 일부 구현예에서, 핵산 분자는 5' PCR 핸들, 중앙 바코드 영역, UMI 및 3' 주형 스위치 올리고 서열을 포함한다.In some embodiments of the multimeric pMHC, the nucleic acid molecule comprises a 5' PCR handle, a central barcode region, a UMI and a 3' template switch oligo sequence.

다량체 pMHC의 일부 구현예에서, 주형 스위치 올리고 서열은 3개의 리보구아노신의 3' 스트레치를 포함한다.In some embodiments of the multimeric pMHC, the template switch oligo sequence comprises a 3' stretch of three riboguanosines.

다량체 pMHC의 일부 구현예에서, 적어도 하나의 핵산 분자는 길이가 약 10 - 200 개 뉴클레오티드 또는 그 이상이다.In some embodiments of the multimeric pMHC, at least one nucleic acid molecule is about 10-200 nucleotides or more in length.

또 다른 측면에서, 본 개시는 다음을 포함하는 조성물을 제공한다:In another aspect, the present disclosure provides a composition comprising:

임의의 전술한 다량체 pMHC의 복수의 서브 세트, 여기서 다량체 pMHC의 각 서브 세트는 상이한 펩타이드에 결합하고 상응하는 바코드 영역 서열을 갖는다.a plurality of subsets of any of the aforementioned multimeric pMHCs, wherein each subset of multimeric pMHCs binds a different peptide and has a corresponding barcode region sequence.

또 다른 측면에서, 본 개시는 특정 pMHC 분자를 상응하는 TCRα 및/또는 TCRβ상보적 서열에 연결하는 방법을 제공하며, 이는 다음을 포함한다:In another aspect, the present disclosure provides a method of linking a particular pMHC molecule to a corresponding TCRα and/or TCRβ complementary sequence, comprising:

a) 복수의 임의의 전술한 다량체 pMHC 분자, T 세포, 및 5' PCR 핸들, 중앙 세포 바코드, UMI 및 TCR 불변 유전자에 상보적인 3' 뉴클레오티드 서열을 포함하는 올리고에 결합된 비즈를 포함하는 테스트 샘플을 형성하는 단계;a) a test comprising beads bound to a plurality of any of the aforementioned multimeric pMHC molecules, T cells, and oligos comprising a 3' nucleotide sequence complementary to a 5' PCR handle, a central cell barcode, UMI and TCR constant genes forming a sample;

b) 각 방울(droplet)이 단 하나의 비드 그리고 하나 이상의 MHC 다량체 분자에 결합된 하나의 T 세포를 포함하도록 테스트 샘플로부터 방울을 형성하는 단계;b) forming droplets from the test sample such that each droplet contains only one bead and one T cell bound to one or more MHC multimeric molecules;

c) 각 DNA분자는 TCRα 및/또는 TCRβ 유전자의 서열, 및 pMHC 바코드를 포함하는 것인, DNA 라이브러리를 생성하는 단계; 및c) generating a DNA library, wherein each DNA molecule comprises a sequence of TCRα and/or TCRβ genes, and a pMHC barcode; and

d) DNA 라이브러리를 시퀀싱하여, 특정 pMHC 분자를 상응하는 TCRα 및/또는 TCRβ서열에 연결하는 단계.d) sequencing the DNA library to link specific pMHC molecules to the corresponding TCRα and/or TCRβ sequences.

방법의 일부 구현예에서, 비드는 하이드로겔 비드, 경질(hard) 비드 및 용해성 비드로부터 선택된다.In some embodiments of the method, the beads are selected from hydrogel beads, hard beads and soluble beads.

방법의 일부 구현예에서, 비드는 2 개의 올리고에 결합되며, 여기서 첫 번째 올리고는 5' PCR 핸들, 중앙 세포 바코드, UMI 및 TCRα 불변 유전자에 상보적인 3' 뉴클레오티드 서열을 포함하고; 두 번째 올리고는 5' PCR 핸들, 중앙 세포 바코드, UMI 및 TCRβ 불변 유전자에 상보적인 3' 뉴클레오티드 서열을 포함하고; 2개의 올리고에 대한 중앙 세포 바코드는 동일한 서열을 갖는다.In some embodiments of the method, the bead is linked to two oligos, wherein the first oligo comprises a 3' nucleotide sequence complementary to a 5' PCR handle, a central cell barcode, UMI and TCRα constant genes; the second oligo contains a 3' nucleotide sequence complementary to the 5' PCR handle, central cell barcode, UMI and TCRβ constant genes; The central cell barcodes for the two oligos have identical sequences.

방법의 일부 구현예에서, DNA 라이브러리 생성 단계 c)는 MMLV 역전사 효소를 사용하는 TCR mRNA의 역전사를 포함한다.In some embodiments of the method, step c) of generating the DNA library comprises reverse transcription of TCR mRNA using MMLV reverse transcriptase.

임의의 전술한 다량체 pMHC 및 방법의 일부 구현예에서, PCR 핸들은 바코드 서열의 라이브러리 준비를 가능하게 한다.In some embodiments of any of the aforementioned multimeric pMHCs and methods, the PCR handle enables library preparation of barcode sequences.

임의의 전술한 다량체 pMHC 및 방법의 일부 구현예에서, PCR 핸들은 i7 어댑터 서열을 가질 수 있다.In some embodiments of any of the aforementioned multimeric pMHCs and methods, the PCR handle may have an i7 adapter sequence.

임의의 전술한 다량체 pMHC 및 방법의 일부 구현예에서, 바코드 영역은 적어도 4 개의 뉴클레오티드를 포함한다.In some embodiments of any of the aforementioned multimeric pMHCs and methods, the barcode region comprises at least 4 nucleotides.

임의의 전술한 다량체 pMHC 및 방법의 일부 구현예에서, pMHC 분자는 스트렙타비딘-비오틴 결합을 통해, MHC 중쇄(heavy chain)를 통해, 또는 MHC 경쇄(light chain) (β2M)를 통해 백본에 연결된다.In some embodiments of any of the aforementioned multimeric pMHCs and methods, the pMHC molecule is attached to the backbone via a streptavidin-biotin bond, via an MHC heavy chain, or via an MHC light chain (β2M). Connected.

임의의 전술한 다량체 pMHC 및 방법의 일부 구현예에서, MHC 분자는 스트렙타비딘-비오틴 결합을 통해 백본에 연결된다.In some embodiments of any of the aforementioned multimeric pMHCs and methods, the MHC molecule is linked to the backbone via a streptavidin-biotin bond.

임의의 전술한 다량체 pMHC 및 방법의 일부 구현예에서, 다량체 pMHC는 적어도 하나의 MHC 분자를 포함한다.In some embodiments of any of the aforementioned multimeric pMHCs and methods, the multimeric pMHC comprises at least one MHC molecule.

임의의 전술한 다량체 pMHC 및 방법의 일부 구현예에서, 적어도 하나의 핵산 분자는 화학적 변형을 추가로 포함한다.In some embodiments of any of the aforementioned multimeric pMHCs and methods, the at least one nucleic acid molecule further comprises a chemical modification.

임의의 전술한 다량체 pMHC 및 방법의 일부 구현예에서, 적어도 하나 이상의 핵산 분자의 5' 또는 3' 말단은 스페이서를 통해 아미노기에 부착된다.In some embodiments of any of the aforementioned multimeric pMHCs and methods, the 5' or 3' terminus of at least one nucleic acid molecule is attached to an amino group via a spacer.

임의의 전술한 다량체 pMHC 및 방법의 일부 구현예에서, 스페이서는 6-탄소 스페이서 또는 12-탄소 스페이서일 수 있다.In some embodiments of any of the aforementioned multimeric pMHCs and methods, the spacer can be a 6-carbon spacer or a 12-carbon spacer.

임의의 전술한 다량체 pMHC 및 방법의 일부 구현예에서, 적어도 하나의 핵산 분자는 5' 말단 및/또는 3' 말단에 포스포로티오화된(phosphorothioated) 뉴클레오티드를 포함한다.In some embodiments of any of the aforementioned multimeric pMHCs and methods, the at least one nucleic acid molecule comprises phosphorothioated nucleotides at the 5' and/or 3' ends.

임의의 전술한 다량체 pMHC 및 방법의 일부 구현예에서, 적어도 하나의 핵산 분자 및 백본 분자 사이의 연결은 핵산 분자의 유도성 해리(inducible dissociation)를 허용한다.In some embodiments of any of the aforementioned multimeric pMHCs and methods, the linkage between the at least one nucleic acid molecule and the backbone molecule allows for inducible dissociation of the nucleic acid molecule.

임의의 전술한 다량체 pMHC 및 방법의 일부 구현예에서, 적어도 하나의 핵산 분자는 공유 또는 비공유 결합을 통해 백본 분자에 연결된다.In some embodiments of any of the aforementioned multimeric pMHCs and methods, the at least one nucleic acid molecule is linked to the backbone molecule via a covalent or non-covalent bond.

임의의 전술한 다량체 pMHC 및 방법의 일부 구현예에서, 공유 결합은 티오에테르(thioether)이다.In some embodiments of any of the aforementioned multimeric pMHCs and methods, the covalent bond is a thioether.

임의의 전술한 다량체 pMHC 및 방법의 일부 구현예에서, 적어도 하나의 핵산 분자는 유도성 절단성(inducibly cleavable) 결합을 통해 백본 분자에 연결된다.In some embodiments of any of the aforementioned multimeric pMHCs and methods, the at least one nucleic acid molecule is linked to the backbone molecule via an inducibly cleavable bond.

임의의 전술한 다량체 pMHC 및 방법의 일부 구현예에서, 유도성 절단성 결합은 광절단성이거나, 이황화 결합을 포함한다.In some embodiments of any of the aforementioned multimeric pMHCs and methods, the inducibly cleavable bond is photocleavable or comprises a disulfide bond.

임의의 전술한 다량체 pMHC 및 방법의 일부 구현예에서, MHC 분자는 MHC 클래스 I 및/또는 MHC 클래스 II 단량체이다.In some embodiments of any of the aforementioned multimeric pMHCs and methods, the MHC molecule is an MHC class I and/or MHC class II monomer.

임의의 전술한 다량체 pMHC 및 방법의 일부 구현예에서, MHC 분자는 펩타이드와 복합체가 형성된다.In some embodiments of any of the aforementioned multimeric pMHCs and methods, the MHC molecule is complexed with a peptide.

임의의 전술한 다량체 pMHC 및 방법의 일부 구현예에서, MHC 분자는 비오티닐화 된다.In some embodiments of any of the aforementioned multimeric pMHCs and methods, the MHC molecule is biotinylated.

임의의 전술한 다량체 pMHC 및 방법의 일부 구현예에서, 백본은 형광 표지, His-태그 및 금속-이온 태그로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 표지를 추가로 포함한다.In some embodiments of any of the aforementioned multimeric pMHCs and methods, the backbone further comprises one or more labels selected from the group consisting of a fluorescent label, a His-tag, and a metal-ion tag.

임의의 전술한 다량체 pMHC 및 방법의 일부 구현예에서, 백본은 형광 표지와 직접적으로 결합된다.In some embodiments of any of the aforementioned multimeric pMHCs and methods, the backbone is directly associated with a fluorescent label.

임의의 전술한 다량체 pMHC 및 방법의 일부 구현예에서, 형광 표지는 형광단-태그된 올리고이다.In some embodiments of any of the aforementioned multimeric pMHCs and methods, the fluorescent label is a fluorophore-tagged oligo.

임의의 전술한 다량체 pMHC 및 방법의 일부 구현예에서, 형광단-태그된 올리고는 백본에 연결된 핵산 분자에 상보적이다.In some embodiments of any of the aforementioned multimeric pMHCs and methods, the fluorophore-tagged oligo is complementary to a nucleic acid molecule linked to the backbone.

임의의 전술한 다량체 pMHC 및 방법의 일부 구현예에서, 백본은 형광단 표지된 항-스트렙타비딘 항체로 표지된다.In some embodiments of any of the aforementioned multimeric pMHCs and methods, the backbone is labeled with a fluorophore labeled anti-streptavidin antibody.

임의의 전술한 다량체 pMHC 및 방법의 일부 구현예에서, 형광단은 형광 단백질, 형광 염료 또는 양자점(quantum dot)이다.In some embodiments of any of the aforementioned multimeric pMHCs and methods, the fluorophore is a fluorescent protein, a fluorescent dye, or a quantum dot.

임의의 전술한 다량체 pMHC 및 방법의 일부 구현예에서, 적어도 하나의 핵산 분자는 DNA, RNA, 인공 뉴클레오티드, PNA 및 LNA로 이루어진 군에서 선택된 핵산 분자를 포함한다.In some embodiments of any of the aforementioned multimeric pMHCs and methods, the at least one nucleic acid molecule comprises a nucleic acid molecule selected from the group consisting of DNA, RNA, artificial nucleotides, PNA and LNA.

임의의 전술한 다량체 pMHC 및 방법의 일부 구현예에서, 다량체 pMHC는 동족 T 세포와 결합한다.In some embodiments of any of the aforementioned multimeric pMHCs and methods, the multimeric pMHC binds to a cognate T cell.

임의의 전술한 다량체 pMHC 및 방법의 일부 구현예에서, 다량체 pMHC는 유세포 분석 애플리케이션과 양립할 수 있다.In some embodiments of any of the aforementioned multimeric pMHCs and methods, the multimeric pMHCs are compatible with flow cytometry applications.

임의의 전술한 다량체 pMHC 및 방법의 일부 구현예에서, 유세포 분석 애플리케이션은 단일 세포 또는 대량(bulk) 세포 형광-활성화 세포 분류(FACS)이다.In some embodiments of any of the aforementioned multimeric pMHCs and methods, the flow cytometry application is single cell or bulk cell fluorescence-activated cell sorting (FACS).

임의의 전술한 다량체 pMHC 및 방법의 일부 구현예에서, 다량체 pMHC는 NGS-기반 애플리케이션과 양립할 수 있다.In some embodiments of any of the aforementioned multimeric pMHCs and methods, the multimeric pMHCs are compatible with NGS-based applications.

임의의 전술한 다량체 pMHC 및 방법의 일부 구현예에서, NGS-기반 애플리케이션은 방울-기반 단일 세포 시퀀싱이다.In some embodiments of any of the aforementioned multimeric pMHCs and methods, the NGS-based application is droplet-based single cell sequencing.

또 다른 측면에서, 본 개시는 다음을 포함하는 샘플에서 항원 반응성 세포를 검출하는 방법을 제공한다:In another aspect, the present disclosure provides a method of detecting antigen-reactive cells in a sample comprising:

a) 하나 이상의 임의의 전술한 다량체 pMHC를 제공하는 단계;a) providing one or more of any of the foregoing multimeric pMHCs;

b) 상기 다량체 pMHC 분자를 상기 샘플에 접촉시키는 단계; 및b) contacting said multimeric pMHC molecule to said sample; and

c) 다량체 pMHC 분자와 상기 항원 반응성 세포의 결합을 검출하여, MHC 분자에 존재하는 항원에 반응하는 세포를 검출하는 단계, 여기서 상기 결합은 백본 분자를 통해 하나 이상의 MHC 분자에 연결된 상기 핵산 분자의 바코드 영역을 증폭함으로써 검출된다. c) detecting the binding of the multimeric pMHC molecule to the antigen-reactive cell, thereby detecting a cell responsive to the antigen present in the MHC molecule, wherein the binding of the nucleic acid molecule is linked to one or more MHC molecules via a backbone molecule. It is detected by amplifying the barcode region.

방법의 일부 구현예에서, 샘플은 혈액 샘플, 말초 혈액 샘플, 혈액 유래 샘플, 조직 샘플, 체액, 척수액 및 타액으로 이루어진 군에서 선택된다.In some embodiments of the method, the sample is selected from the group consisting of a blood sample, a peripheral blood sample, a blood-derived sample, a tissue sample, bodily fluid, spinal fluid, and saliva.

방법의 일부 구현예에서, 샘플은 포유류로부터 수득된다.In some embodiments of the method, the sample is obtained from a mammal.

방법의 일부 구현예에서, 방법은 유세포 분석, FACS, 마그네틱-비드 기반 선별, 크기-배제, 구배 원심 분리, 컬럼 부착 및 젤 여과로 이루어진 군에서 선택된 방법에 의한 세포 선별을 추가로 포함한다.In some embodiments of the method, the method further comprises selecting the cells by a method selected from the group consisting of flow cytometry, FACS, magnetic-bead based selection, size-exclusion, gradient centrifugation, column attachment, and gel filtration.

방법의 일부 구현예에서, 증폭은 PCR이다.In some embodiments of the method, the amplification is PCR.

방법의 일부 구현예에서, 핵산 분자의 바코드 영역 검출은 바코드 영역의 시퀀싱 또는 qPCR에 의한 바코드 영역의 검출을 포함한다.In some embodiments of the method, detecting the barcode region of the nucleic acid molecule comprises sequencing the barcode region or detecting the barcode region by qPCR.

도 1은 바코딩된 pMHC 다량체를 제조하기 위해 스트렙타비딘에 결합하기 위한 변형된 올리고의 일반적인 구조를 나타낸다. 보라색 막대는 올리고를 나타내고, 녹색 별은 5' 변형을 나타낸다. 아래는 공유 결합에 사용된 올리고 서열이다. 올리고의 5' 말단은 12-탄소 스페이서가 있는 아미노기이고, 6-탄소 스페이서도 사용될 수 있다. 대안적인 올리고 변형은 티올(thiol) 그룹 또는 비오틴 그룹를 포함하지만 이에 제한되지 않는 아미노기 대신에 사용될 수 있다. 5' 비오틴 그룹은 스트렙타비딘에 대한 비공유 결합을 위해 사용될 수 있다. 이러한 올리고 변형은 올리고의 3' 말단에도 포함될 수 있다. PCR 핸들은 바코드 서열의 라이브러리 준비를 가능하게 하고, 이 특정 경우에, PCR 핸들은 i7 어댑터 서열이다. 사량체 바코드 서열은 PCR 핸들 뒤에 나오고 주어진 pMHC 복합체에 상응하는 서열이다. 이 서열에서 pMHC 바코드는 4096 개의 사량체 바코드 가능성까지 허용하는 6개의 뉴클레오티드로 구성된다. 더 긴 pMHC 바코드 서열은 증가된 처리량을 위해 사용될 수 있다. 올리고의 3' 말단에는 표적 서열, 이 경우에는 poly(dT)VN에 결합할 수 있는 폴리-A 꼬리가 있다. 이 올리고의 경우, 더 긴 아데닌 스트레치가 사용될 수 있지만, 25개의 아데닌이 사용된다. 폴리-A 꼬리의 5' 말단에 있는 B 뉴클레오티드 (G, C 또는 T)는 V 뉴클레오티드(G, C 또는 A)가 폴리(dT)VN의 마지막 3' 뉴클레오티드에서 두 번째에 결합하는 것을 가능하게 한다. 미끼(bait) 서열의 N 뉴클레오디드 (모든 염기)가 C이면 묘사된 올리고 서열과 상보적으로 결합한다. 올리고의 3' 말단에 선택적 포스포로티오화된(phosphorothioated) DNA 베이스는 엑소뉴클레아제 활성으로부터 보호를 제공한다. 변형된 베이스는 어느 위치에나 놓일 수 있다.
도 2는 이황화 브릿지가 사이에 있는 스트렙타비딘에 대한 바코딩 올리고의 결합을 보여준다. 제시된 예시에서, 결합은 Solulink 단백질-올리고뉴클레오티드 결합 키트 (Protein-Oligonucleotide Conjugation Kit, TriLink Biotech)를 사용하여 수행될 수 있다. 스트렙타비딘(이 경우 Prozyme)은 숙신이미딜-6-하이드라지노-니코틴아미드 (S-HyNic)로 변형된다. 5'-아미노-변형된 올리고는 숙신이미딜-4-포밀벤즈아미드 동족체 (S-SS-4FB)로 변형된다. 변형된 스트렙타비딘와 변형된 올리고가 결합되어 바코딩된 스트렙타미딘이 생성된다. 대안적인 방법론은 중간 광절단성 링커(표시되지 않음)로 올리고를 스트렙타비딘에 결합시키는 것을 포함한다.
도 3은 DNA 바코딩 올리고가 변성 조건하에서 스트렙타비딘으로부터 해리된다는 것을 보여준다. 중간 이황화 브릿지와 함께 스트렙타비딘에 결합된 66-mer 올리고를 SYBR-세이프 아가로스 젤 (레인 1a)에서 실시한다. 과잉 올리고는 100bp 래더 밴드 아래에 표시된다. 레인 2a에서, 레인 1a에서와 동일한 양의 바코딩된 스트렙타비딘을 젤에 로딩하기 전에 20 분간 베타-머캅토에탄올(beta-mercaptoethanol)과 함께 배양한다. 바코딩된 스트렙타비딘을 나타내는 밴드가 심하게 감소한다. 동일한 젤은 단백질을 시각화하기 위해 쿠마시 블루로 염색되었다. 레인 1b에서, 바코딘된 스트렙타비딘이 분명한 반면 레인 2b의 대부분의 단백질은 젤의 상단으로 이동되었다. 올리고의 음전하가 없으면 있는 그대로의(bare) 스트렙타비딘은 훨씬 느리게 이동한다.
도 4는 바코딩된 스트렙타비딘이 비오틴에 결합하는 능력을 보유함을 보여준다. 동일한 양의 바코드딩된 스트렙타비딘은 비오틴 마그네틱 비즈(레인 1a) 또는 스트렙타비딘 마그네틱 비즈(레인 2a)와 함께 배양되었다. 동일한 양의 비오틴 마그네틱 비즈 또는 스트렙타비딘 마그네틱 비즈가 이 실험에 사용되었다. 결합된 대 결합되지 않은 바코딩된 스트렙타비딘을 분리하기 위해 샘플을 마그네틱 분리기에 적용하였다. 양 반응에서 결합되지 않은 모든 분획을 수확하고 SYBR-세이프 아가로즈 젤에서 실시하였다. 동일한 젤은 단백질을 시각화하기 위해 쿠마시 블루로 염색되었다 (레인 1b 및 2b). 바코딩된 스트렙타비딘 (레인 1a 및 1b)의 소모는 비오틴 결합을 나타낸다. 비오틴과 스트렙타비딘 마그네틱 비즈는 둘 다 RayBiotech Inc.에서 구입하였다.
도 5는 바코딩된 pMHC 다량체 변이체를 보여준다. 맨 왼쪽 바코딩된 pMHC 다량체는 공유 결합에서 파생된 스트렙타비딘-올리고 결합체로 구성되며, 그 후 비오티닐화된 pMHC 단량체는 확립된 기술에 따라 사량체화(tetramerize) 하는데 사용된다. 이러한 공유 결합은 티오에테르 결합 형성을 포함하지만 이에 국한되지 않는 많은 결합 화학에서 파생될 수 있다.
다른 모든 결합체(conjugate)들은 비오티닐화된 올리고 및 스트렙타비딘 사이의 비공유 결합을 이용한다. 왼쪽에서 두 번째, 바코딩된 pMHC 다량체는 1: 1 (1b)의 비율로 정제된 스트렙타비딘-올리고 결합체로 구성되며, 그 다음 pMHC 삼량체화된다. 왼쪽에서 세 번째, 바코딩된 pMHC 다량체는 1: 2 (2b) 비율로 정제된 스트렙타비딘-올리고 결합체로 구성되며, 그 다음 pMHC 이량체화된다. 맨 오른쪽에서, 바코딩된 pMHC 다량체는 1: 3의 비율로 정제된 스트렙타비딘-올리고 결합체로 구성되며, 그 다음 pMHC 단량체와 결합되어 1: 1 몰비의 스트렙타비딘: 단량체를 제공한다. 서로 다른 색상의 올리고는 각각의 다량체 종에 대해 상이한 바코드 서열을 나타낸다. 하단 삼각형은 각 다량체화된 결합체의 예측된 TCR-pMHC 결합력, 4 개의 단량체> 3 개의 단량체> 2 개의 단량체> 1 개의 단량체를 나타낸다.
도 6은 4개의 패널, 바코딩된 pMHC 다량체 검출의 방법론을 나타내는 도 6a-6d을 포함한다. 도 6a에서, 형광단-함유 스트렙타비딘 (예: PE-스트렙타비딘)은 올리고에 대한 추가 결합을 위한 시작점으로 사용된다. 도 6b에서, 결합된 올리고에 상보적인 형광단-태그된 올리고는 pMHC 바코딩 올리고에 어닐링된다. 이 어닐링 올리고의 길이는 다양할 수 있다. 도 6c에서, 형광단 표지된 항-스트렙타비딘 항체는 바코딩된 pMHC 다량체를 검출하는데 사용된다. 사용되는 형광단의 화학 종은 형광 염료 및 양자점을 포함하지만 이에 국한되지 않는다. 올리고가 비공유적으로 연결된 바코딩된 pMHC 다량체 종도 이러한 방법을 사용하여 검출할 수 있다. 도 6d는 항-스트렙타비딘 항체를 함유하는 상이한 형광 염료로 다른 pMHC 다량체 종(동일한 펩타이드 포함)을 개별적으로 표지할 가능성을 보여준다. 도 6a-6c의 세 가지 형광 표지 기술 중 하나가 적용될 수 있다. 이러한 방식으로, 다른 TCR은 유세포 분석을 사용하여 이러한 특정 pMHC 단백질 복합체에 대한 결합력에 대해 스크리닝될 수 있다. 이 특정 상황에서, 4개의 단량체 pMHC 다량체(사량체)는 공유 결합된 올리고를 필요로 하지 않고, 비공유 결합된 올리고를 이용하는 pMHC 다량체 종은, 필요한 모든 것이 올리고가 비오틴 결합 부위를 차단하는 것이라면, 상이한 올리고 바코드 서열을 필요로 하지 않는다. 다른 비오티닐화된 분자는 이론적으로 도 14에 설명된 대로 비오틴 결합 부위를 차단하는데 사용될 수 있다.
도 7은 면역-에피토프 결합력 모니터링을 위해 바코딩된 pMHC 다량체를 사용한 적용 예시를 보여준다. 종양-유래 돌연변이 유전자-암호화 단백질은 TCR 시퀀싱 연구를 위해 타일링된(tiled) 펩타이드이다. 이 서술에서, 동일한 돌연변이 단백질의 두 개의 중첩된 펩타이드 아미노산 서열 (숫자로 표시)은 보여지는 바와 같이 비오티닐화된 MHC (동일한 MHC 대립 유전자)와, 그 다음 바코딩된 스트렙타비딘 결합체와 개별적으로 복합체를 형성한다. pMHC에 무관하게 모든 결합체 종류에 대한 올리고 서열은 이들을 구별하는 고유한 바코드 서열을 포함한다 (스트렙타비딘에 부착된 컬러 라인으로 표시). 바코딩된 pMHC 다량체는 샘플과 함께 혼합된다. TCR 알파 및 베타 서열은 단일-세포 RNA 시퀀싱을 통해 얻어지며 동족 pMHC 다량체 종류와 쌍을 이룬다. 예를 들어, 이러한 결합체를 이용한 한 연구는 녹색 펩타이드-MHC 복합체 또는 적색 펩타이드-MHC 복합체가 상호 결합된 TCR 서열에 대해 더 높은 결합력을 갖는지 여부를 결정할 수 있다.
도 8은 바코딩된 pMHC 다량체 면역-에피토프 결합력 모니터링의 또 다른 적용 예시를 보여준다. 이 가상의 예시에서, 바이알은 스트렙타비딘: 올리고 비율 1:1, 1:2 또는 1:3로 구성된 바코딩된 pMHC 다량체 종의 정의된 혼합물을 포함하고 있으며, 이는 스트렙타비딘: pMHC 단량체 몰비는 각각 1:3, 1:2 및 1:1로 정의될 수도 있다. 결합체 종에 대한 올리고는 이들을 구별할 수 있는 고유한 바코드 서열 (다른 색상의 서열)을 포함한다. TCR-pMHC 결합력은 종양 미세 환경 내에서 감소하는 것으로 알려져 있기 때문에, 이러한 바코딩된 pMHC 다량체 결합체 종은 치료 과정, 예. 면역 관문 억제 (Immune Checkpoint Blockade (ICB))치료 동안 증가 또는 감소된 TCR 결합력을 설명할 수 있을 것으로 예상된다. 주어진 예시에서, ICB 처리 후 T 세포는 1 및 2 pMHC 단량체를 포함하는 다량체의 더 높은 판독 횟수에 의해 입증된 바와 같이 동족 pMHC 복합체와의 결합력이 증가한다.
도 9는 NGS를 통한 검출을 위한 비공유 결합 바코딩된 pMHC 다량체 제조를 보여준다. 비오티닐화된 올리고 (pMHC 다량체-특정 바코드 함유)는 스트렙타비딘 (또는 스트렙타비딘-형광단 결합체)과 0.5-1.0 올리고 대 1 스트렙타비딘의 비율로 혼합된다. 1: 1의 SA: 올리고 결합체는 미반응 (unreacted) 비오티닐화된 스트렙타비딘, 미반응 비오티닐화된 올리고 및 다른 SA: 올리고 비율의 결합체가 제거되도록 HPLC를 통해 정밀하게 정제된다. 그 다음 결합체는 비오티닐화된 pMHC 단량체와 다량체화된다. 최종 생성물은 각 스트렙타비딘이 1개의 올리고와 3개의 pMHC 단량체를 갖는 바코딩된 pMHC 삼량체이다. 동일한 개념은 1: 2 및 1: 3의 스트렙타비딘: 올리고 비율로 구성된 결합체를 제조할 때 사용된다.
도 10은 다른 단량체 비율의 바코딩된 pMHC가 충분히 높은 농도로 사용될 때 그리고 중간 정도의 결합력의 TCR을 검출할 때 유사하게 T 세포를 검출할 수 있음을 보여준다. 스트렙타비딘-올리고 결합체는 비오티닐화된 올리고를 스트렙타비딘에 SA: 올리고 비율 1: 1 또는 1: 2로 연결하여 제조되었다. 스트렙타비딘 단독을 대조군으로 사용하였으며, 이는 하단의 도면 범례(legend)에 서술한 바와 같이 스트렙타비딘(사량체) 당 4개의 pMHC 단량체를 갖는다. 1: 1 SA: 올리고 결합체는 3 개의 단량체를 포함하는 반면 1: 2 SA: 올리고 결합체는 2 개의 단량체를 포함한다. 이 실험의 목적을 위해, 모든 바코드 결합체에 대한 올리고는 동일한 69mer 뉴클레오티드 서열로 구성되었다. 왼쪽 3 개 컬럼은 CMV pp65 펩타이드와 복합체를 형성한 HLA-A* 11: 01 MHC I을 사용한 다량체 염색을 나타내며, 그 다음 스트렙타비딘, 올리고 하나와 스트렙타비딘 또는 올리고 둘과 스트렙타비딘과 함께 다량체화하였다. 중간 3 개 컬럼은 EBV 399-408 펩타이드와 복합체를 형성한 HLA-A* 11: 01 MHC I를 사용한 다량체 염색을 나타낸다. 오른쪽 3 개 컬럼은 EBV 416-424 펩타이드와 복합체를 형성한 HLA-A* 11: 01 MHC I을 사용한 다량체 염색을 나타낸다. 각 염색에 사용된 스트렙타비딘의 양은 줄의 맨 왼쪽에 표시되었다. 다량체 양성 염색 백분율은 각 상자에 표시된다. 이전에 펩타이드 확장된 세포는 항-CD3, 항-CD8, 생/사(live/dead) 염료 및 비-형광단 바코딩된 pMHC 다량체 (또는 사량체)로 염색하는 데 사용되었다. 2 차 염색은 pMHC 다량체를 검출할 수 있도록 항-스트렙타비딘-PE로 구성되었다. 유세포 분석 게이트 범례는 그림 상단에 표시된다.
도 11은 서로 다른 올리고 및 단량체 비율의 바코딩된 pMHC 다량체는 pMHC-TCR 결합력을 구별할 수 있음을 보여준다. 스트렙타비딘-올리고 결합체는 공유 결합 (티오에테르 결합)을 통해 올리고를 스트렙타비딘에 공유적으로 연결하거나 다양한 SA: 올리고 비율로 비오티닐화된 올리고를 스트렙타비딘에 연결함으로써 제조되었다. 이 실험의 목적을 위해, 모든 결합체에 대한 올리고는 동일한 46mer 뉴클레오티드 서열로 구성되었다. 공유 결합체는 4개의 비오틴 결합 부위가 모두 이용 가능한 채로 하나의 하나의 올리고에 결합된 하나의 스트렙타비딘 분자를 나타낸다. 1b 결합체는 3개의 비오틴 결합 부위가 남아있는 채로 하나의 비오티닐화된 올리고에 연결된 하나의 스트렙타비딘을 나타낸다. 2b 결합체는 두 개의 비오틴 결합 부위가 남아있는 채로 두 개의 비오티닐화된 올리고에 결합된 하나의 스트렙타비딘을 나타낸다. 3b 결합체는 하나의 비오틴 결합 부위가 남아있는 채로 3 개의 비오티닐화된 올리고에 연결된 하나의 스트렙타비딘을 나타낸다. H-2Kb 비오티닐화된 단량체 (MBLI)는 고 친화성 SIINFEKL 펩타이드 또는 저 친화성 SIIVFEKL 펩타이드와 복합체를 형성했다. 이 경우 친화성은 MHC와 펩타이드의 상호 작용이 아닌, pMHC 복합체와 형질 전환의 OT-I TCR 사이의 상호 작용 강도를 의미한다. 이 경우 결합력은 여러 pMHC가 TCR 결합 평가에 관여될 때 결합된 친화성을 의미한다.
pMHC 분자는 바코딩된 pMHC 다량체를 제조하기 위해 스트렙타비딘-올리고 결합체와 복합체를 형성한다. OT-I 비장 세포는 다양한 SA 양 (0.25ug 첫 번째 열, 0.1ug 두 번째 열, 0.025ug 세 번째 열)으로 다양한 바코딩된 H-2Kb 바코딩된 pMHC 다량체 종으로 염색되었다. 공유 결합체는 1 SA 대 4 단량체의 몰비를 사용하여 사량체화된 pMHC이다. 1b 결합체는 1 SA 대 3 단량체의 몰비를 사용하여 삼량체화된 Pmhc이다. 2b 결합체는 1 SA 대 2 단량체의 몰비를 사용하여 이량체화된 pMHC이다. 3b 결합체는 1 SA 대 1 단량체의 몰비를 사용하여 결합된 pMHC이다. 세포는 항-CD3, 항-CD8, 생/사 염료 및 각각의 비-형광단 바코딩된 pMHC 다량체 종으로 동시에 염색되었다. 2 차 염색은 pMHC 다량체를 검출하기 위해 항-스트렙타비딘-PE로 구성되었다. 유세포 분석 게이트 범례는 도면 상단에 표시된다. pMHC 다량체 양성 염색 백분율은 각 상자에 저, 중 또는 고 강도로 표시된다.
도 12는 TCR에 대한 pMHC 결합력을 구별하기 위해 상이한 pMHC 점유의 바코딩된 pMHC 다량체를 사용한 가상 실험 결과를 보여준다. SIINFEKL 및 SIIVFEKL 펩타이드-유래 바코딩된 pMHC 다량체는 가상 실험 환경에서 OT-I 비장 세포 (왼쪽)와 혼합된 것으로 묘사된다. 각 다량체의 종류 비율은 실험 목표에 따라 조정될 수 있다. 대안적으로, 세포의 부분 표본(aliquot)은 SIINFEKL 또는 SIIVFEKL 바코딩된 pMHC 다량체와 함께 개별적으로 배양될 수 있다. 각 다량체 종은 다른 다량체 종과 구별하기 위해 고유한 바코드 서열을 보유한다. FACS 분류는 방울(droplet)-기반 단일 세포 시퀀싱 또는 기타 단일 세포 시퀀싱 플랫폼 (중간) 이전에 사용될 수 있다. 오른쪽에는 예측된 바코드 판독 빈도가 있다. 이 경우 높은 친화성/결합력 SIINFEKL-기반 pMHC 바코드 판독은 모든 단량체 종에서 우세한 반면 낮은 친화성/결합력 SIIVFEKL-기반 pMHC 바코드 판독은 4 개의 단량체 종에서만 나타날 수 있다. 이러한 특정 상황의 경우, 각 펩타이드 (SIINFEKL 대 SIIVFEKL)에 대한 4 개의 단량체-기반 pMHC 다량체 종만 사용해도 이 특정 TCR에 대해 더 높은 결합력을 갖는 pMHC 복합체를 결정하기에 충분할 것이다. 그러나, 결합력 차이가 더 미세하고 다른 TCR이 관련된 경우에, pMHC 바코딩된 종의 사용은 잠재적으로 결합력의 차이를 나타낼 수 있다.
도 13은 바코딩된 pMHC 다량체는 직접 결합된 형광단으로 생성될 수 있음을 보여준다. 스트렙타비딘-올리고 결합체는 티오에테르 결합 (Cov)을 통해 올리고 스트렙타비딘을 공유적으로 연결하거나 1 SA: 1 올리고 (1b)의 비율로 비 오티닐화된 올리고를 스트렙타비딘에 연결함으로써 제조되었다. 또한, SA-올리고 결합체를 포함하는 형광단 (Alexa Fluor 647)이 제조되었다. 이 경우, AF647은 먼저 스트렙타비딘에 직접 결합되고, 그 후 올리고가 스트렙타비딘에 직접 결합되었다. 이 실험의 목적을 위해, 결합체는 동일한 69mer 뉴클레오티드 서열로 구성되었다. 공유 결합체는 4개의 비오틴 결합 부위가 모두 이용 가능한 채로 하나의 올리고에 결합된 하나의 스트렙타비딘 분자를 나타낸다. 1b 결합체는 3개의 비오틴 결합 부위가 남아있는 채로 하나의 비오티닐화된 올리고에 결합된 하나의 스트렙타비딘을 나타낸다. 결합체는 표시된 비율로 HLA-A* 02: 01 단량체를 포함하는 비오티닐화된 CMV pp65 NLVPMVATV 펩타이드 또는 음성 대조군 HLA-A* 02: 01 단량체 (MBLI)로 다량체화 되었다. CMV pp65 펩타이드 (NLVPMVATV)로 이전에 확장된 인간 HLA-A* 02: 01 PBMC는 결합체로 염색하는 데 사용되었다. 세포는 항-CD3, 항-CD8, 생/사 염료 및 바코딩된 pMHC 다량체로 염색되었다. 중간 컬럼 샘플은 대조군으로서 MBLI 상용 CMV pp65 HLA-A* 02: 01 PE 사량체로 염색되었다. 형광단이 없는 결합체를 포함하는 샘플은 항-SA-PE로 2 차적으로 염색되었다. 유세포 분석 게이트 범례는 도면 상단에 표시된다. 백분율 pMHC 다량체 양성 염색은 각 상자에 표시된다.
도 14는 바코딩된 pMHC 다량체 종을 생성하는 대안적인 방법을 보여준다. 표시된 모든 결합체 종은 공유 결합(예: 티오에테르 결합)을 통해 스트렙타비딘 당 하나의 올리고를 보유한다. 실제 실험 환경에서, 각 결합체 종(4, 3, 2 또는 1 단량체)은 다른 색상으로 표시된 고유한 바코드 서열을 가지고 있다. 비오티닐화된 펩타이드, 비오티닐화된 단백질, 비오티닐화된 지질, 비오티닐화된 형광단, 비오티닐화된 중합체 또는 절단성 비오티닐화된 올리고 (모든 가능성은 일반적으로 자주색으로 표시됨)는 최적화된 비율로 SA-올리고 결합체와 배양되고 원하는 비오틴 점유율에 맞게 HPLC-정제된다. 다음 이러한 정제된 결합체는 비오티닐화된 pMHC 단량체와 다량체화되어 스트렙타비딘 당 비오틴 결합 부위를 완전히 점유하게 된다. 하단 삼각형은 각 다량체화된 결합체의 예측된 TCR-pMHC 결합력, 4 개의 단량체> 3 개의 단량체> 2 개의 단량체> 1 개의 단량체를 나타낸다.
도 15는 면역-에피토프 우성 분석을 위한 대량(bulk) pMHC 다량체 바코드 시퀀싱을 나타낸다. 이 구현예에서, 바코딩된 pMHC 다량체 (다른 색의 선을 가진 별)는 마그네틱 비드 또는 FACS와 같은 농축(enrichment)을 사용하거나 사용하지 않고 세포로부터 정량화된다. 표시된 예에서, 5 개의 서로 다른 gp100 펩타이드는 각각의 gp100 펩타이드/MHC 복합체가 고유한 다량체 바코드(다른 색으로 표시됨)와 연관된 별도의 바코드 pMHC 다량체로 만들어졌다. 바코딩된 pMHC 다량체는 공유 또는 비공유 결합된 올리고를 사용할 수 있다. 올리고는 라이브러리 준비 및 시퀀싱을 위해 처리된다.
소형 바코딩된 올리고 라이브러리 (예: 8 개 이하)가 필요한 적용(application)의 경우, pMHC 다량체 바코드 정량화는 시퀀싱을 사용하지 않고도 확인될 수 있다. pMHC 다량체 영역에 상보적인 형광 표지된 올리고는 세포와 함께 배양하기 전에 사전-어닐링될 수 있다. 각 바코딩된 pMHC 다량체 유형은 세포와 배양 및 후속의 유세포 분석 전에 올리고를 함유하는 별개의 형광단에 어닐링될 것이다. 예를 들어, gp100 #1 펩타이드 및 관련 올리고 서열을 포함하는 pMHC 다량체는 상보적인 AlexaFluor488-올리고에 사전 어닐링되고, gp100 #2 펩타이드 및 관련 올리고 서열을 포함하는 pMHC 다량체는 상보적인 AlexaFluor532-올리고 등에 사전 어닐링된다.
도 16은 NGS-기반 단일 세포 시퀀싱 플랫폼과 함께 바코딩된 pMHC 다량체의 사용을 보여준다. 표적 세포에 결합된 바코딩된 pMHC 다량체 (이 예시에서 공유 결합된 올리고)는 단일 방울(droplet)에 포획된다. 대부분의 개별 방울은 표적 올리고를 포함하는 입자와 함께 하나의 T-세포/바코딩된 pMHC 복합체를 포함한다. 이 예시에서 바코딩 올리고는 폴리-A를 포함한다. 올리고 및 T 세포 mRNA는 모두 추가 라이브러리 준비를 위해 역-전사된다. 선택적으로, 올리고와 스트렙타비딘 사이의 절단성 결합 (UV 또는 이황화물)은 올리고와 스트렙타비딘의 결합 동안 도입될 수 있다. 특히, 이황화 결합은 용해 완충액(lysis buffer)의 환원 환경으로 인해 방울에서 해리될 것이다.
도 17은 8 개의 패널을 포함한다. 도 17a-17h는 TCR 및 pMHC 복합체 판독을 특이적으로 서열화하기 위해 바코딩된 pMHC 다량체를 표적으로 하는 TCR 유전자좌를 보여준다. 대량 시퀀싱 및 방울-기반 NGS 플랫폼에서 올리고 디자인에 대한 대안은 pMHC 복합체의 동일성(identity)을 유지하면서 원하는 내인성 mRNA 전사물을 표적으로 하는 올리고를 갖는 것이다. 해당 pMHC 동일성과 함께 TCR 클론성(clonality) 또는 단일 세포 TCR 레퍼토리를 구체적으로 조사하기 위해 바코딩된 pMHC 다량체에 대한 다양한 디자인이 표시되어있다. 이러한 디자인은 한 번의 판독으로 pMHC 바코드와 함께 TCR 전사물의 시퀀싱을 허용한다. PCR 핸들은 PCR 프라이머가 증폭을 위해 결합하는 영역을 포함한다. 바코드 (BC)는 pMHC 복합체를 식별하는 뉴클레오티드 서열을 나타낸다. TCR 상보적 서열 (TCR compl)은 TCR 불변 유전자에 상보적이다. TCR 상보적 서열은 역전사 동안 프라이머 역할을 한다.
도 17a에서, 바코딩 올리고는 바코딩된 사량체를 제조하기 위해 스트렙타비딘에 공유 결합된다. 이 바코딩된 사량체는 TCRβ 불변 영역 유전자에 상보적인 3' 서열을 포함한다. 5' 말단 (각 J 유전자에 가장 가까움)에서 두 불변 유전자 사이에 상당한 서열 유사성이 있으므로, TCRβ 불변 유전자 올리고 서열은 TCRβ 불변 1 유전자 및 TCRβ 불변 2 유전자 모두에 상보적이다. 정제된 바코딩된 스트렙타비딘 결합체는 그 다음 pMHC와 사량체화된다. 고유 분자 식별자 (UMI)는 하류의 PCR 중복제거를 위해 사량체 바코드 근처에 배치될 수 있으므로 더 정확한 pMHC 결합 정량화도 가능하다. TCRβ 표적 올리고는 단독으로 TCR 클론성을 연구하는데 사용될 수 있다. 대안적으로, 올리고를 표적화하는 TCRα 불변 유전자는 단독으로 사용될 수 있다 (표시되지 않음).
도 17b에서, A로부터 정제된 스트렙타비딘-올리고 결합체는 TCRα 불변 유전자를 표적으로 하는 공유 결합된 올리고를 포함하도록 추가로 변형된다. 이 구성(construct)은 완전한 TCRα/β 서열 (도 17d-h와 동일)을 얻기하기 위한 단일 세포 시퀀싱 플랫폼에 적합하다. 이러한 이중 올리고 스트렙타비딘 결합체는 그 다음 사량체화된다.
도 17c에서, 비오티닐화된 올리고를 표적으로 하는 TCRβ는 스트렙타비딘에 비-공유적으로 부착되고, 정제된 다음 비오티닐화된 pMHC 단량체로 삼량체화된다.
도 17d에서, c로부터 정제된 TCRβ 결합체는 스트렙타비딘에 비-공유적으로 부착되고, 정제된 다음 비오티닐화된 pMHC 단량체로 이량체화된다.
도 17e에서, TCRβ 및 TCRα 표적 서열을 모두 포함하고 양 끝에 비오티닐화된 단일 올리고가 사용된다. 원하는 결합체는 정제되고 비오티닐화된 pMHC 단량체와 이량체화된다. 이를 위한 대안적인 올리고 디자인은 두 반쪽 사이에 절단성 (UV 또는 이황화물) 결합을 포함한다.
도 17f에서, TCRβ 및 TCRα 표적 서열을 모두 포함하는 양 끝에 비오티닐화된 단일 올리고가 사용된다. 맞는 크기의 스트렙타비딘-올리고 결합체는 정제되고 비오티닐화된 pMHC 단량체와 2x 삼량체화되어, 올리고당 총 6개의 pMHC 단량체를 제공한다. 도면 17e와 같이, 이 디자인은 두 반쪽 사이에 절단성 (UV 또는 이황화물) 결합을 포함하도록 추가로 강화될 수 있다.
도 17g에서, TCRb 및 TCRa 표적화 서열을 모두 포함하는 단일 올리고는 스트렙타비딘에 공유적으로 부착된다. 정제된 결합체는 비오티닐화된 pMHC 단량체와 사량체화된다. 도 17e 및 17f와 같이, 이 결합체는 절단성 결합을 포함할 수 있다.
도 17h에서, TCRb 및 TCRa 표적화 서열을 모두 포함하는 단일 비오티닐화된 올리고는 스트렙타비딘에 비-공유적으로 부착될 수 있다. 정제된 결합체는 비오티닐화된 pMHC와 삼량체화된다. Fig 17e-g에서와 같이, 이 결합체는 절단성 결합을 포함할 수 있다.
도 18은 FACS 분류된 단일 세포 TCR 클론성 또는 쌍을 이루는 TCRa/b 시퀀싱에 사용되는 TCR 유전자좌 표적 바코딩된 pMHC 다량체를 보여준다. 설명을 위해 몇 가지 디자인만 표시되지만 이전 도면에서 임의의 바코딩된 pMHC 다량체 디자인이 사용될 수 있다.
TCRβ 불변 유전자 표적 올리고를 포함하는 바코딩된 사량체가 왼쪽에 표시되어 있다. 대안으로, TCRα 불변 유전자 표적 올리고는 사용되거나 둘 다 이전 도면에 설명된 디자인과 함께 사용될 수 있다. 이러한 상보적인 TCR α/β 올리고 서열은 내인성 TCRα/β mRNA 전사체에 대한 역전사 프라이머 역할을 할 것이다. 세포 분류 애플리케이션에서 바코딩된 pMHC 다량체를 표적으로 하는 TCR을 이용하기 위해, 형광은 도 6에 설명된 바와 같이 통합될 수 있다. T 세포는 먼저 단일 세포로 분류되고 웰-내(in-well) 역전사되고, 그 다음 클론성 연구를 위해 단일 튜브에서 대량으로 처리된다. T 세포 #1은 바코드 서열 #1을 포함하는 바코딩된 pMHC 다량체에 의해 결합되는 반면 T 세포 #2는 바코드 서열 #2를 포함하는 바코딩된 pMHC 다량체에 의해 결합된다. 오른쪽에서, 바코딩된 pMHC 다량체는 이전 도면에 설명된 대로 TCR α 및 β표적화 서열을 모두 포함한다. T 세포는 단일 세포로 분류되고 개별 플레이트 웰, 이 경우에는 96 웰 플레이트에서 처리된다.
클론성 연구는 연구자에게 주어진 pMHC 복합체에 대한 TCR 사용의 폭을 이해하도록 허용한다. TCRα 및 TCRβ 바코딩 올리고가 둘 다 사용된다면 대량 시퀀싱에 대한 불리한 점은 TCRα 및 TCRβ 서열이 쌍을 이룰 수 없다는 것이다. 이 문제를 극복하기 위해, TCRα 및 TCRβ 서열의 페어링을 허용하도록 T 세포가 오른쪽에 표시된 대로 처리될 수 있다.
라이브러리 준비 전략은 아래에 설명되어 있으며, 이전 도면에서 확장된다:
i) 단일 분류된 T 세포는 역전사되고 그 후 대량으로 처리된다. RNase 처리 뒤에 브릿지 어댑터 연결(ligation)이 이어진다. 브릿지 어댑터는 모든 역전사 유전자에 공통적이다. 후속 PCR 증폭은 최종 라이브러리 준비를 생성한다.
ii) 단일 분류된 세포는 SMARTScribe RT (Clontech)에 의해 역전사된다. SMARTer 첫 번째-가닥 합성 및 RT 주형 전환은 5'-RACE 준비(Ready) cDNA를 생성한다. 대량의 후속 PCR 증폭은 최종 라이브러리 준비를 생성한다.
iii) 단일 세포 분류된 T 세포는 용해되고 웰-내 RT, 웰-내 RNase 처리 뒤에 웰-내 브릿지 어댑터 연결이 이어진다. 브리지 어댑터 상류 서열은 모든 웰에 공통적이지만 모든 웰은 TCR 서열에 가장 가까운 부위에서 고유한 세포 바코드를 가진 브릿지 어댑터를 받는다. 이 방법론의 주요 장점은 동일한 세포에서 발생하는 TCRα 및 TCRβ 서열이 쌍을 이룰 수 있어 개별 T 세포의 완전한 TCR 서열이 확인될 수 있다는 것이다. 연결된(ligated) 전사체는 최종 라이브러리 준비를 생성하는 공통 프라이머를 사용하여 후속 PCR 증폭을 위해 풀링된다.
iv) 단일 분류된 T 세포는 용해되고 웰-내 SMARTScribe RT (Clontech)를 거친다. SMARTer 첫 번째-가닥 합성 및 RT 주형 전환은 5'-RACE 준비 cDNA를 생성한다. 각 웰을 개별적으로 바코드화하기 위해, SMARTerIIA 결합 서열의 상류에 고유한 세포 바코드 서열을 가진 SMARTerIIA 올리고에 상보적인 정방향 프라이머를 사용하여 웰-내 PCR 증폭이 수행된다. 이것은 개별 웰로부터 전사체를 구별할 것이다. 정방향 프라이머의 5' 말단에서 공통 프라이밍 부위 (즉, i5 서열)는 샘플 풀링을 허용한다. 공통 프라이머를 사용한 풀링된 PCR 증폭은 최종 라이브러리 준비를 생성한다. iii와 마찬가지로, 이 방법론의 주요 장점은 동일한 세포로부터 발생하는 TCRα 및 TCRβ 서열이 쌍을 이룰 수 있다는 것이다.
도 19는 브릿지 어댑터를 사용한 클론성 연구를 위한 TCR 표적 바코딩된 pMHC 다량체 라이브러리 준비를 보여준다. 도 18(i)에 설명된 바와 같이, 동족 T 세포에 의해 결합된 바코딩된 pMHC 다량체는 먼저 단일 세포를 분류하고, 역전사되고 다음 대량 처리된다. 디스플레이를 위해, TCRα 및 TCRβ 유래 전사체는 모두 표시되지만 클론성 연구에는 하나만 사용되어야 한다. 도 6에 설명된 형광단 추적 전략의 사용은 FACS 분류에 필요하다. 웰-내 RT 뒤에 RNase 처리 후 브릿지 어댑터 연결이 이어진다. 대량 시퀀싱을 위한 브릿지 어댑터 (i5 서열)는 모든 세포에 대해 동일하고, 새롭게 역-전사된 TCR 전사체의 3' 말단에 연결에 필요한 브릿지 어댑터의 하단 올리고에 5' 인산염을 포함한다. 브릿지 어댑터는 또한 어댑터 연결의 안정성을 향상시키기 위해 연결되지 않은 가닥의 3' 말단에 6개의 무작위 뉴클레오티드를 포함한다. 연결 후, 공통 프라이머를 사용한 PCR 증폭은 최종 라이브러리 준비를 생성한다.
도 20은 SMARTScribe 효소 (Clontech)를 사용한 대량 시퀀싱을 위한 TCR 표적 바코딩된 pMHC 다량체 라이브러리 준비를 보여준다. 도 18 (ii)에서 설명된 바와 같이, 동족 T 세포에 의해 결합된 바코딩된 pMHC 다량체는 먼저 단일 세포를 분류하고, 역전사되고 다음 대량 처리된다. 디스플레이를 위해, TCRα 및 TCRβ 유래 전사체는 모두 표시되지만 클론성 연구에는 하나만 사용되어야 한다. 도 6에 설명된 형광단 추적 전략의 사용은 FACS 분류에 필요하다. SMARTScribe 효소가 포함된 웰-내 RT는 새로 역-전사된 전사체의 3' 말단에 주형 전환을 통해 SMARTerIIA 올리고 서열을 추가한다. 주형 전환 후, 공통 프라이머를 사용한 대량 PCR 증폭은 최종 라이브러리 준비를 생성한다.
도 21은 브릿지 어댑터를 사용한 단일 세포 쌍 TCRα/β 시퀀싱을 위한 TCR 표적 바코딩된 pMHC 다량체 라이브러리 제조를 보여준다. 도 18(iii)에 설명된 바와 같이, 동족 T 세포에 의해 결합된 바코딩된 pMHC 다량체는 단일 세포를 개별 웰로 분류한다. 도 6에 설명된 형광단 추적 전략의 사용은 FACS에 필요하다. 분류된 세포는 용해되고 웰-내 RT, 웰-내 RNase 처리 및 웰-내 브릿지 어댑터 연결을 거친다 (단순화를 위해 연결 단계(ligation step)에서 단일 TCR 전사체만 표시). 각 웰에 대한 브릿지 어댑터 (예: i5 서열)는 TCRα/β 서열의 페어링을 가능하게 하는 고유한 세포 바코드를 포함한다. 이 도면에서, 00001은 특정 웰의 세포 바코드를 나타낸다. 브릿지 어댑터의 연결 가닥(ligating strand)에 5' 인산염은 새로 역-전사된 TCR 전사체의 3' 말단에 연결을 가능하게 한다. 브릿지 어댑터는 또한 어댑터 결합의 안정성을 향상시키기 위해 연결되지 않은 가닥의 3' 말단에 6개의 무작위 뉴클레오티드를 포함한다. 연결 후, 공통 프라이머를 사용한 PCR 증폭을 위해 샘플은 풀링되어 최종 라이브러리 준비를 생성한다.
도 22는 SMARTScrib 효소를 사용한 단일 세포 시퀀싱을 위한 TCR 표적 바코딩된 pMHC 다량체 라이브러리 준비를 보여준다. 도 18(iv)에서 설명된 바와 같이, 동족 T 세포에 의해 결합된 바코딩된 pMHC 다량체는 단일 세포를 개별 웰로 분류한다. 도 6에 설명된 형광단 추적 전략의 사용은 FACS에 필요하다. 분류된 세포는 용해되고 주형 스위칭을 통해 SMARTerIIA 올리고 서열을 새롭게 역-전사된 전사체의 3' 말단에 추가하는 SMARTScribe 효소(Clontech)를 사용하여 웰-내 RT를 거친다. 이 후, 웰-내 RCR 증폭(단순화를 위해 단일 전사체만 표시)은 결합 서열뿐만 아니라 세포 바코드 서열(모든 웰에 고유) 및 5' 말단에 공통 i5 서열을 모두 포함하는 정방향 프라이머를 사용하여 수행된다. 이 도면에서, 세포 바코드는 00001로 표시된다. 고유한 세포 바코드를 포함하는 정방향 프라이머의 사용은 TCRα/β 서열의 페어링을 가능하게 한다. 추가적 PCR 증폭을 위해 샘플은 풀링되어 최종 라이브러리 준비를 생성한다.
도 23은 2개의 패널을 포함한다. 도 23a-23b는 방울-기반 단일 세포 TCRα/β 단일세포 시퀀싱을 위한 스위치 올리고를 포함하는 바코딩된 pMHC 다량체를 보여준다. 도 23a에서 스위치 서열을 포함하는 공유적으로 결합된 올리고를 갖는 pMHC 다량체. 도 23b에서 스위치 서열을 포함하는 비-공유적으로 결합된 올리고를 갖는 pMHC 다량체. 이러한 유형의 pMHC 다량체에 대한 추가적인 디자인은 도 5 및 도 10에 설명된 것을 포함하지만 이에 국한되지 않는다.
도 24는 PCR 핸들, 세포 바코드 (BC) 및 TCR 불변 유전자 상보적 서열로 구성된 올리고에 결합된 방울-기반 시퀀싱 비즈 (하이드로 겔 비즈, 경질(hard) 비즈 또는 용해성 비즈를 포함하지만 이에 국한되지 않음)의 사용을 보여준다. 단순화를 위해, 하나의 방울만 표시된다. 각 비드는 TCRα및/또는 TCRβ 표적화 올리고 서열을 포함할 수 있다. TCRα 및 TCRβ 유형 올리고가 모두 사용된다면, 둘 다 주어진 비드에 대해 동일한 세포 바코드를 포함할 것이다. TCRα 및/또는 TCRβ 올리고는 광절단 결합 또는 이황화 결합을 포함하지만 이에 국한되지 않는 여러 수단 중 하나에 의해 해리될 수 있다. 또한, 각 올리고는 PCR 중복제거(deduplication)을 위한 UMI를 포함할 수 있다.
단일 비드 및 단일 세포 (이 경우 바코딩된 사량체 양성 T 세포가 표시됨)를 포함하는 단일 방울은 젤 비드 올리고, T 세포 mRNA 및 사량체-양성 T 세포-결합 바코딩 올리고를 모두 방출하는 용해 시약을 포함할 것이다. pMHC 사량체 결합 올리고는 또한 절단성 결합에 의해 해리되도록 만들어질 수 있다. 역전사는 비드 올리고의 3' 말단에서 3중의 데옥시시티딘(deoxycytidine) 스트레치를 사용하여 TCR mRNA 전사물로부터 TCR V(D)J 서열을 추가한다. (단순화를 위해 단일 역전사된 유전자만 방울 아래 표시됨). 이 데옥시시티딘 스트레치는 주형 전환을 위해 스위치 올리고에 결합한다. 후속의 2 차 가닥 합성 및 PCR 증폭은 라이브러리 준비를 완료한다.
1 shows the general structure of a modified oligo for binding to streptavidin to prepare barcoded pMHC multimers. Purple bars represent oligos and green stars represent 5' modifications. Below is the oligo sequence used for covalent bonding. The 5' end of the oligo is an amino group with a 12-carbon spacer, a 6-carbon spacer may also be used. Alternative oligo modifications may be used in place of amino groups including, but not limited to, thiol groups or biotin groups. The 5' biotin group can be used for non-covalent binding to streptavidin. Such oligo modifications may also be included at the 3' end of the oligo. The PCR handle enables library preparation of barcode sequences, and in this particular case, the PCR handle is an i7 adapter sequence. The tetrameric barcode sequence is the sequence that follows the PCR handle and corresponds to a given pMHC complex. The pMHC barcode in this sequence consists of 6 nucleotides allowing up to 4096 tetrameric barcode possibilities. Longer pMHC barcode sequences can be used for increased throughput. At the 3' end of the oligo is a poly-A tail capable of binding to the target sequence, in this case poly(dT)VN. For this oligo, a longer adenine stretch can be used, but 25 adenines are used. The B nucleotide (G, C or T) at the 5' end of the poly-A tail allows the V nucleotide (G, C or A) to bind second to the last 3' nucleotide of the poly(dT)VN . If the N nucleodides (all bases) of the bait sequence are C, then complementarily binds to the depicted oligo sequence. An optional phosphorothioated DNA base at the 3' end of the oligo provides protection from exonuclease activity. The deformed base can be placed in any position.
Figure 2 shows the binding of barcoding oligos to streptavidin with a disulfide bridge interposed therebetween. In the example presented, binding can be performed using a Solulink Protein-Oligonucleotide Conjugation Kit (TriLink Biotech). Streptavidin (in this case Prozyme) is transformed into succinimidyl-6-hydrazino-nicotinamide (S-HyNic). The 5'-amino-modified oligo is modified with a succinimidyl-4-formylbenzamide homologue (S-SS-4FB). The modified streptavidin and the modified oligo are combined to produce barcoded streptamidine. An alternative methodology involves linking the oligo to streptavidin with an intermediate photocleavable linker (not shown).
Figure 3 shows that DNA barcoding oligos dissociate from streptavidin under denaturing conditions. A 66-mer oligo bound to streptavidin with an intermediate disulfide bridge is run on a SYBR-safe agarose gel (lane 1a). Excess oligos are shown below the 100 bp ladder band. In lane 2a, the same amount of barcoded streptavidin as in lane 1a was incubated with beta-mercaptoethanol for 20 minutes before loading on the gel. The band representing barcoded streptavidin is severely reduced. The same gel was stained with Coomassie Blue to visualize the protein. In lane 1b, most of the protein in lane 2b migrated to the top of the gel, while bacodinated streptavidin was evident. Without the negative charge of the oligo, bare streptavidin moves much more slowly.
4 shows that barcoded streptavidin retains the ability to bind biotin. Equal amounts of barcoded streptavidin were incubated with biotin magnetic beads (lane 1a) or streptavidin magnetic beads (lane 2a). Equal amounts of biotin magnetic beads or streptavidin magnetic beads were used in this experiment. Samples were applied to a magnetic separator to separate bound versus unbound barcoded streptavidin. All unbound fractions in both reactions were harvested and run on SYBR-Safe agarose gel. The same gel was stained with Coomassie Blue to visualize the protein (lanes 1b and 2b). Consumption of barcoded streptavidin (lanes 1a and 1b) indicates biotin binding. Both biotin and streptavidin magnetic beads were purchased from RayBiotech Inc.
5 shows barcoded pMHC multimeric variants. The left-most barcoded pMHC multimer consists of a covalently derived streptavidin-oligo conjugate, after which the biotinylated pMHC monomer is used to tetramerize according to established techniques. Such covalent bonds can be derived from many bonding chemistries, including but not limited to thioether bond formation.
All other conjugates utilize a non-covalent linkage between the biotinylated oligo and streptavidin. Second from the left, the barcoded pMHC multimer consists of purified streptavidin-oligo conjugates in a ratio of 1:1 (1b) followed by pMHC trimerization. Third from left, barcoded pMHC multimer consists of purified streptavidin-oligo conjugate in a 1:2 (2b) ratio, followed by pMHC dimerization. On the far right, the barcoded pMHC multimer consists of a purified streptavidin-oligo conjugate in a 1:3 ratio, which is then combined with pMHC monomer to give a 1:1 molar ratio of streptavidin:monomer. Different colored oligos represent different barcode sequences for each multimeric species. The lower triangle represents the predicted TCR-pMHC binding capacity of each multimerized binder, 4 monomers > 3 monomers > 2 monomers > 1 monomer.
Figure 6 includes four panels, Figures 6a-6d showing the methodology of barcoded pMHC multimer detection. In Figure 6a, a fluorophore-containing streptavidin (eg PE-streptavidin) is used as a starting point for further binding to the oligo. In Figure 6b, a fluorophore-tagged oligo complementary to the bound oligo is annealed to the pMHC barcoded oligo. The length of this annealing oligo may vary. In Figure 6c, a fluorophore-labeled anti-streptavidin antibody is used to detect barcoded pMHC multimers. Species of fluorophores used include, but are not limited to, fluorescent dyes and quantum dots. Barcoded pMHC multimeric species to which oligos are non-covalently linked can also be detected using this method. Figure 6d shows the possibility of individually labeling different pMHC multimeric species (including the same peptide) with different fluorescent dyes containing anti-streptavidin antibodies. One of the three fluorescent labeling techniques of FIGS. 6A-6C can be applied. In this way, other TCRs can be screened for binding to this particular pMHC protein complex using flow cytometry. In this particular situation, the four monomeric pMHC multimers (tetramers) do not require covalently linked oligos, and the pMHC multimeric species that utilize non-covalently linked oligos, provided that all that is needed is that the oligos block the biotin binding site. , does not require different oligo barcode sequences. Other biotinylated molecules could theoretically be used to block the biotin binding site as described in FIG. 14 .
7 shows an example of application using barcoded pMHC multimers for monitoring immuno-epitope avidity. Tumor-derived mutant gene-encoding proteins are tiled peptides for TCR sequencing studies. In this description, two overlapping peptide amino acid sequences (indicated by numbers) of the same mutant protein are individually biotinylated MHC (same MHC allele) followed by barcoded streptavidin conjugates as shown. form a complex Oligo sequences for all types of binders, regardless of pMHC, contain a unique barcode sequence that distinguishes them (indicated by colored lines attached to streptavidin). The barcoded pMHC multimer is mixed with the sample. TCR alpha and beta sequences are obtained via single-cell RNA sequencing and are paired with cognate pMHC multimeric species. For example, one study using such a conjugate can determine whether a green peptide-MHC complex or a red peptide-MHC complex has higher avidity to the cross-linked TCR sequence.
8 shows another application example of barcoded pMHC multimer immune-epitope avidity monitoring. In this hypothetical example, the vial contains a defined mixture of barcoded pMHC multimeric species consisting of a streptavidin: oligo ratio of 1:1, 1:2 or 1:3, which is a streptavidin:pMHC monomer. The molar ratio may be defined as 1:3, 1:2 and 1:1 respectively. Oligos for the binder species contain unique barcode sequences (sequences of different colors) that can distinguish them. Since TCR-pMHC avidity is known to decrease within the tumor microenvironment, these barcoded pMHC multimeric conjugate species can be used in therapeutic procedures, eg. It is expected that this may explain the increased or decreased TCR binding capacity during Immune Checkpoint Blockade (ICB) treatment. In the given example, after ICB treatment, T cells have increased avidity with cognate pMHC complexes as evidenced by higher read counts of multimers comprising 1 and 2 pMHC monomers.
Figure 9 shows the preparation of non-covalently linked barcoded pMHC multimers for detection via NGS. Biotinylated oligos (containing pMHC multimer-specific barcodes) are mixed with streptavidin (or streptavidin-fluorophore conjugate) in a ratio of 0.5-1.0 oligo to 1 streptavidin. The 1:1 SA: oligo conjugate is precisely purified via HPLC to remove unreacted biotinylated streptavidin, unreacted biotinylated oligo and other SA: oligo ratio conjugates. The conjugate is then multimerized with the biotinylated pMHC monomer. The final product is a barcoded pMHC trimer in which each streptavidin has one oligo and three pMHC monomers. The same concept is used when preparing conjugates composed of 1:2 and 1:3 streptavidin:oligo ratios.
Figure 10 shows that barcoded pMHC of different monomer ratios can similarly detect T cells when used at sufficiently high concentrations and when detecting TCRs of moderate avidity. Streptavidin-oligo conjugates were prepared by linking biotinylated oligos to streptavidin in an SA:oligo ratio of 1:1 or 1:2. Streptavidin alone was used as a control, which has 4 pMHC monomers per streptavidin (tetramer) as described in the figure legend below. 1: 1 SA: oligo conjugate contains 3 monomers while 1: 2 SA: oligo conjugate contains 2 monomers. For the purposes of this experiment, the oligos for all barcode binders consisted of the same 69mer nucleotide sequence. The left three columns show multimeric staining with HLA-A * 11: 01 MHC I complexed with CMV pp65 peptide, followed by streptavidin, one oligo and streptavidin or two oligos and streptavidin. They multimerized together. The middle three columns show multimeric staining with HLA-A * 11: 01 MHC I complexed with EBV 399-408 peptide. The right three columns show multimer staining using HLA-A * 11: 01 MHC I complexed with EBV 416-424 peptide. The amount of streptavidin used for each stain is indicated on the far left of the line. The percentage of multimer positive staining is indicated in each box. Previously, peptide expanded cells were used to stain with anti-CD3, anti-CD8, live/dead dyes and non-fluorophore barcoded pMHC multimers (or tetramers). Secondary staining consisted of anti-streptavidin-PE to detect pMHC multimers. The flow cytometry gate legend is shown at the top of the figure.
Figure 11 shows that barcoded pMHC multimers of different oligo and monomer ratios can discriminate pMHC-TCR avidity. Streptavidin-oligo conjugates were prepared by covalently linking oligos to streptavidin via covalent bonds (thioether bonds) or by linking biotinylated oligos to streptavidin at various SA:oligo ratios. For the purposes of this experiment, the oligos for all conjugates consisted of the same 46mer nucleotide sequence. A covalent bond represents one streptavidin molecule bound to one oligo with all four biotin binding sites available. The 1b conjugate represents one streptavidin linked to one biotinylated oligo with three biotin binding sites remaining. The 2b conjugate shows one streptavidin bound to two biotinylated oligos with two biotin binding sites remaining. The 3b conjugate represents one streptavidin linked to three biotinylated oligos with one biotin binding site remaining. H-2Kb biotinylated monomer (MBLI) was complexed with either the high affinity SIINFEKL peptide or the low affinity SIIVFEKL peptide. In this case, affinity refers to the strength of the interaction between the pMHC complex and the OT-I TCR of the transformation, not the interaction between the MHC and the peptide. Avidity in this case refers to the bound affinity when several pMHCs are involved in the evaluation of TCR binding.
The pMHC molecule forms a complex with a streptavidin-oligo complex to produce a barcoded pMHC multimer. OT-I splenocytes were stained with various barcoded H-2Kb barcoded pMHC multimer species with varying amounts of SA (0.25 ug first row, 0.1 ug second row, 0.025 ug third row). The covalent bond is pMHC tetramerized using a molar ratio of 1 SA to 4 monomers. The 1b conjugate is Pmhc trimerized using a molar ratio of 1 SA to 3 monomers. The 2b conjugate is pMHC dimerized using a molar ratio of 1 SA to 2 monomers. The 3b conjugate is pMHC bound using a molar ratio of 1 SA to 1 monomer. Cells were stained simultaneously with anti-CD3, anti-CD8, live/dead dyes and each non-fluorophore barcoded pMHC multimeric species. Secondary staining consisted of anti-streptavidin-PE to detect pMHC multimers. The flow cytometry gate legend is shown at the top of the figure. The percentage of pMHC multimer positive staining is indicated in each box as low, medium or high intensity.
12 shows the results of a hypothetical experiment using barcoded pMHC multimers of different pMHC occupancy to discriminate pMHC avidity to TCR. SIINFEKL and SIIVFEKL peptide-derived barcoded pMHC multimers are depicted mixed with OT-I splenocytes (left) in a virtual experimental environment. The type ratio of each multimer can be adjusted according to the experimental goal. Alternatively, aliquots of cells can be individually incubated with SIINFEKL or SIIVFEKL barcoded pMHC multimers. Each multimeric species has a unique barcode sequence to distinguish it from other multimeric species. FACS sorting can be used prior to droplet-based single cell sequencing or other single cell sequencing platforms (middle). On the right is the predicted barcode reading frequency. In this case, high affinity/avidity SIINFEKL-based pMHC barcode reads predominate in all monomeric species, whereas low affinity/avidity SIIVFEKL-based pMHC barcode reads can only appear in 4 monomeric species. For this particular situation, the use of only four monomer-based pMHC multimeric species for each peptide (SIINFEKL versus SIIVFEKL) would be sufficient to determine a pMHC complex with higher avidity for this particular TCR. However, where the avidity differences are more subtle and different TCRs are involved, the use of pMHC barcoded species could potentially reveal differences in avidity.
13 shows that barcoded pMHC multimers can be generated with directly bound fluorophores. Streptavidin-oligo conjugates were prepared by covalently linking oligo-streptavidin via thioether linkages (Cov) or linking biotinylated oligos to streptavidin in a ratio of 1 SA:1 oligo (1b). . In addition, a fluorophore (Alexa Fluor 647) comprising an SA-oligo conjugate was prepared. In this case, AF647 was first bound directly to streptavidin, then the oligo was directly bound to streptavidin. For the purposes of this experiment, the conjugates consisted of identical 69mer nucleotide sequences. A covalent bond represents one streptavidin molecule bound to one oligo with all four biotin binding sites available. The 1b conjugate shows one streptavidin bound to one biotinylated oligo with three biotin binding sites remaining. The combination is in the indicated proportion HLA-A * 02: 01 monomer biotinylated CMV pp65 peptide NLVPMVATV or negative control HLA-A * 02, comprising: a large amount has been embodied to 01 monomers (MBLI). Human HLA-A* 02:01 PBMCs previously expanded with CMV pp65 peptide (NLVPMVATV) were used to stain with binders. Cells were stained with anti-CD3, anti-CD8, live/dead dyes and barcoded pMHC multimers. Middle column samples were stained with MBLI commercial CMV pp65 HLA-A * 02: 01 PE tetramer as control. Samples containing conjugates without fluorophores were stained secondarily with anti-SA-PE. The flow cytometry gate legend is shown at the top of the figure. Percent pMHC multimer positive staining is indicated in each box.
14 shows an alternative method for generating barcoded pMHC multimeric species. All conjugate species shown carry one oligo per streptavidin via a covalent bond (eg a thioether bond). In a real-world experimental setting, each conjugate species (4, 3, 2 or 1 monomer) has a unique barcode sequence marked with a different color. Biotinylated peptides, biotinylated proteins, biotinylated lipids, biotinylated fluorophores, biotinylated polymers or cleavable biotinylated oligos (all possibilities are usually marked in purple) are optimized Incubated with SA-oligo conjugates at the specified ratio and HPLC-purified to the desired biotin occupancy. This purified conjugate is then multimerized with biotinylated pMHC monomer to completely occupy the biotin binding site per streptavidin. The lower triangle represents the predicted TCR-pMHC binding capacity of each multimerized binder, 4 monomers > 3 monomers > 2 monomers > 1 monomer.
15 shows bulk pMHC multimer barcode sequencing for immuno-epitope dominance analysis. In this embodiment, barcoded pMHC multimers (stars with different colored lines) are quantified from cells with or without magnetic beads or enrichment such as FACS. In the example shown, five different gp100 peptides were made with separate barcoded pMHC multimers, with each gp100 peptide/MHC complex associated with a unique multimeric barcode (marked in a different color). Barcoded pMHC multimers may use covalently or non-covalently linked oligos. Oligos are processed for library preparation and sequencing.
For applications that require small barcoded oligo libraries (eg 8 or less), pMHC multimeric barcode quantification can be confirmed without the use of sequencing. Fluorescently labeled oligos complementary to the pMHC multimeric region can be pre-annealed prior to incubation with cells. Each barcoded pMHC multimer type will anneal to a separate fluorophore containing oligos prior to incubation with cells and subsequent flow cytometry analysis. For example, pMHC multimers comprising gp100 #1 peptide and related oligo sequences are pre-annealed to the complementary AlexaFluor488-oligo, pMHC multimers comprising gp100 #2 peptide and related oligo sequences are complementary to AlexaFluor532-oligos, etc. pre-annealed.
16 shows the use of barcoded pMHC multimers with an NGS-based single cell sequencing platform. The barcoded pMHC multimer (covalently linked oligo in this example) bound to the target cell is captured in a single droplet. Most individual droplets contain one T-cell/barcoded pMHC complex with particles containing the targeting oligo. The barcode oligo in this example comprises poly-A. Both oligo and T cell mRNA are reverse-transcribed for further library preparation. Optionally, a cleavable bond (UV or disulfide) between the oligo and streptavidin can be introduced during the association of the oligo and streptavidin. In particular, disulfide bonds will dissociate in the droplet due to the reducing environment of the lysis buffer.
17 includes eight panels. 17A-17H show TCR loci targeting barcoded pMHC multimers to specifically sequence TCR and pMHC complex reads. An alternative to oligo design in bulk sequencing and droplet-based NGS platforms is to have oligos targeting the desired endogenous mRNA transcript while maintaining the identity of the pMHC complex. Various designs have been shown for barcoded pMHC multimers to specifically examine either TCR clonality or single cell TCR repertoires with their corresponding pMHC identity. This design allows for the sequencing of TCR transcripts along with the pMHC barcode in one read. The PCR handle contains the region to which the PCR primers bind for amplification. Barcode (BC) indicates the nucleotide sequence that identifies the pMHC complex. The TCR complementary sequence (TCR compl) is complementary to the TCR constant gene. The TCR complementary sequence serves as a primer during reverse transcription.
In Figure 17a, the barcoded oligo is covalently linked to streptavidin to produce a barcoded tetramer. This barcoded tetramer contains a 3' sequence complementary to the TCRβ constant region gene. Since there is significant sequence similarity between the two constant genes at the 5' end (closest to each J gene), the TCRβ constant gene oligo sequence is complementary to both the TCRβ constant 1 gene and the TCRβ constant 2 gene. The purified barcoded streptavidin conjugate is then tetramerized with pMHC. A unique molecular identifier (UMI) can also be placed near the tetrameric barcode for downstream PCR deduplication, allowing for more accurate pMHC binding quantification. TCRβ targeting oligos alone can be used to study TCR clonality. Alternatively, the TCRα constant gene targeting the oligo can be used alone (not shown).
In FIG. 17B , the streptavidin-oligo conjugate purified from A is further modified to include a covalently linked oligo targeting the TCRα constant gene. This construct is suitable for a single cell sequencing platform to obtain the complete TCRα/β sequence (same as Figure 17d-h). This double oligo streptavidin conjugate is then tetramerized.
In Figure 17c, TCRβ targeting biotinylated oligos is non-covalently attached to streptavidin, purified and then trimerized with biotinylated pMHC monomers.
In Figure 17d, the purified TCRβ conjugate from c is non-covalently attached to streptavidin, purified and then dimerized with biotinylated pMHC monomer.
In Figure 17e, a single oligo containing both TCRβ and TCRα target sequences and biotinylated at both ends is used. The desired conjugate is purified and dimerized with biotinylated pMHC monomer. Alternative oligo designs for this include a cleavable (UV or disulfide) bond between the two halves.
In Figure 17f, a single oligo biotinylated at both ends containing both TCRβ and TCRα target sequences is used. The sized streptavidin-oligo conjugate was purified and 2x trimerized with biotinylated pMHC monomer to give a total of 6 pMHC monomers for the oligosaccharide. 17e, this design can be further reinforced to include a cleavable (UV or disulfide) bond between the two halves.
In Figure 17G, a single oligo comprising both TCRb and TCRa targeting sequences is covalently attached to streptavidin. The purified conjugate is tetramerized with biotinylated pMHC monomer. 17E and 17F , this binder may include a cleavable bond.
In FIG. 17H , a single biotinylated oligo comprising both TCRb and TCRa targeting sequences can be non-covalently attached to streptavidin. The purified conjugate is trimerized with biotinylated pMHC. As shown in Fig. 17e-g, this binder may contain a cleavable bond.
18 shows TCR locus target barcoded pMHC multimers used for FACS sorted single cell TCR clonal or paired TCRa/b sequencing. Although only a few designs are shown for illustrative purposes, any barcoded pMHC multimer design in the preceding figures can be used.
A barcoded tetramer containing a TCRβ constant gene targeting oligo is shown on the left. Alternatively, TCRα constant gene targeting oligos can be used or both can be used with the design described in the previous figures. This complementary TCR α/β oligo sequence will serve as a reverse transcription primer for the endogenous TCRα/β mRNA transcript. To utilize TCR targeting barcoded pMHC multimers in cell sorting applications, fluorescence can be incorporated as described in FIG. 6 . T cells are first sorted into single cells and reverse transcribed in-well, then processed in bulk in single tubes for clonal studies. T cell #1 is bound by a barcoded pMHC multimer comprising barcode sequence #1 while T cell #2 is bound by a barcoded pMHC multimer comprising barcode sequence #2. On the right, the barcoded pMHC multimer contains both TCR α and β targeting sequences as described in the previous figure. T cells are sorted into single cells and treated in individual plate wells, in this case 96 well plates.
Clonal studies allow researchers to understand the breadth of TCR usage for a given pMHC complex. A disadvantage to bulk sequencing if both TCRα and TCRβ barcoded oligos are used is that the TCRα and TCRβ sequences cannot pair. To overcome this problem, T cells can be treated as shown at right to allow pairing of TCRα and TCRβ sequences.
The library preparation strategy is described below, and is expanded from previous figures:
i) Single sorted T cells are reverse transcribed and then processed in bulk. RNase treatment is followed by bridge adapter ligation. Bridge adapters are common to all reverse transcribed genes. Subsequent PCR amplification produces the final library preparation.
ii) Single sorted cells are reverse transcribed by SMARTScribe RT (Clontech). SMARTer first-strand synthesis and RT template conversion generate 5'-RACE Ready cDNA. Subsequent PCR amplification of large amounts produces the final library preparation.
iii) Single cell sorted T cells are lysed and intra-well RT, intra-well RNase treatment followed by intra-well bridge adapter ligation. The bridge adapter upstream sequence is common to all wells, but all wells receive a bridge adapter with a unique cellular barcode at the site closest to the TCR sequence. The main advantage of this methodology is that TCRα and TCRβ sequences occurring in the same cell can be paired, allowing the complete TCR sequence of an individual T cell to be identified. Ligated transcripts are pooled for subsequent PCR amplification using common primers to create a final library preparation.
iv) Single sorted T cells are lysed and subjected to in-well SMARTScribe RT (Clontech). SMARTer first-strand synthesis and RT template conversion generate 5'-RACE-prepared cDNA. To individually barcode each well, intra-well PCR amplification is performed using a forward primer complementary to the SMARTerIIA oligo with a unique cellular barcode sequence upstream of the SMARTerIIA binding sequence. This will distinguish transcripts from individual wells. A consensus priming site (ie, i5 sequence) at the 5' end of the forward primer allows for sample pooling. Pooled PCR amplification using consensus primers produces the final library preparation. As with iii, the main advantage of this methodology is that TCRα and TCRβ sequences originating from the same cell can be paired.
19 shows TCR target barcoded pMHC multimer library preparation for clonal studies using bridge adapters. As illustrated in Figure 18(i), barcoded pMHC multimers bound by cognate T cells are first sorted into single cells, reverse transcribed and then mass processed. For display, both TCRα and TCRβ derived transcripts are shown, but only one should be used for clonal studies. The use of the fluorophore tracking strategy described in Figure 6 is required for FACS sorting. Intra-well RT followed by RNase treatment followed by bridge adapter ligation. The bridge adapter for bulk sequencing (i5 sequence) is identical for all cells and contains a 5' phosphate in the lower oligo of the bridge adapter required for ligation to the 3' end of the newly reverse-transcribed TCR transcript. The bridge adapter also contains 6 random nucleotides at the 3' end of the unlinked strand to improve the stability of the adapter linkage. After ligation, PCR amplification using common primers produces the final library preparation.
20 shows TCR target barcoded pMHC multimer library preparation for bulk sequencing using SMARTScribe enzyme (Clontech). As illustrated in Figure 18(ii), barcoded pMHC multimers bound by cognate T cells are first sorted into single cells, reverse transcribed and then mass processed. For display, both TCRα and TCRβ derived transcripts are shown, but only one should be used for clonal studies. The use of the fluorophore tracking strategy described in Figure 6 is required for FACS sorting. In-well RT with SMARTScribe enzyme adds SMARTerIIA oligo sequence via template conversion to the 3' end of the newly reverse-transcribed transcript. After template conversion, bulk PCR amplification using common primers produces the final library preparation.
21 shows TCR target barcoded pMHC multimer library preparation for single cell pair TCRα/β sequencing using bridge adapters. As illustrated in Figure 18(iii), barcoded pMHC multimers bound by cognate T cells sort single cells into individual wells. The use of the fluorophore tracking strategy described in Figure 6 is required for FACS. Sorted cells are lysed and subjected to intra-well RT, intra-well RNase treatment and intra-well bridge adapter ligation (only single TCR transcript shown in ligation step for simplicity). A bridge adapter (eg, i5 sequence) for each well contains a unique cellular barcode that allows pairing of TCRα/β sequences. In this figure, 00001 represents the cell barcode of a specific well. A 5' phosphate on the ligating strand of the bridging adapter enables ligation to the 3' end of the newly reverse-transcribed TCR transcript. The bridge adapter also contains 6 random nucleotides at the 3' end of the unlinked strand to improve the stability of the adapter bond. After ligation, samples are pooled for PCR amplification using common primers to create a final library preparation.
22 shows TCR target barcoded pMHC multimer library preparation for single cell sequencing using SMARTScrib enzyme. As illustrated in Figure 18(iv), barcoded pMHC multimers bound by cognate T cells sort single cells into individual wells. The use of the fluorophore tracking strategy described in Figure 6 is required for FACS. Sorted cells are lysed and subjected to intra-well RT using SMARTScribe enzyme (Clontech), which via template switching adds the SMARTerIIA oligo sequence to the 3' end of the newly reverse-transcribed transcript. Afterwards, intra-well RCR amplification (only single transcripts shown for simplicity) was performed using forward primers containing both the binding sequence as well as the cell barcode sequence (unique to all wells) and a consensus i5 sequence at the 5' end. do. In this figure, the cell barcode is indicated by 00001. The use of forward primers containing unique cellular barcodes enables pairing of TCRα/β sequences. For further PCR amplification, samples are pooled to create a final library preparation.
23 includes two panels. 23A-23B show barcoded pMHC multimers containing switch oligos for droplet-based single cell TCRα/β single cell sequencing. pMHC multimers with covalently linked oligos comprising a switch sequence in FIG. 23A . pMHC multimer with non-covalently linked oligos comprising a switch sequence in FIG. 23B . Additional designs for this type of pMHC multimer include, but are not limited to, those described in FIGS. 5 and 10 .
24 shows droplet-based sequencing beads (including but not limited to hydrogel beads, hard beads or soluble beads) bound to oligos composed of PCR handles, cell barcodes (BC) and TCR constant gene complementary sequences. shows the use of For simplicity, only one drop is shown. Each bead may include TCRα and/or TCRβ targeting oligo sequences. If both TCRα and TCRβ type oligos are used, both will contain the same cell barcode for a given bead. TCRα and/or TCRβ oligos can be dissociated by one of several means including, but not limited to, photocleavage bonds or disulfide bonds. In addition, each oligo may include a UMI for PCR deduplication.
A single drop containing a single bead and a single cell (in this case barcoded tetrameric-positive T cells are indicated) is a lysis reagent that releases both gel bead oligos, T-cell mRNA and tetrameric-positive T-cell-associated barcoded oligos. will include pMHC tetrameric binding oligos can also be made to dissociate by cleavable bonds. Reverse transcription adds the TCR V(D)J sequence from the TCR mRNA transcript using a triple deoxycytidine stretch at the 3' end of the bead oligo. (Only a single reverse transcribed gene is shown below the drop for simplicity). This deoxycytidine stretch binds to the switch oligo for template switching. Subsequent secondary strand synthesis and PCR amplification complete library preparation.

본 개시는 단일 세포 또는 대량 세포 형광-활성화 세포 분류(FACS)뿐만 아니라 NGS-기반 애플리케이션과의 호환성, 다중 분석 및 단일 세포 분석을 포함한 기타 플랫폼을 포함하지만 이에 국한되지 않는 유세포 측정 애플리케이션과 호환되는 바코딩된 pMHC 다량체의 생성을 설명한다. 본 개시는 또한 공유 및 비공유 올리고 부착 모두를 통한 바코딩된 pMHC의 제조 및 pMHC-TCR 결합력 평가에서 이러한 다량체의 조합을 설명한다. 본 개시는 또한 TCR 서열 및 pMHC 다량체 바코드를 동시에 처리하여 시퀀싱 라이브러리 준비를 단순화하는 TCR α/β 불변 유전자를 표적으로 하는 새로운 pMHC 다량체 바코딩 접근법을 설명한다. 바코딩 올리고 길이 및/또는 서열은 고정되지 않으며 다양한 베이스 변형의 사용을 포함하여 다양할 수 있다.The present disclosure is compatible with flow cytometry applications including, but not limited to, single cell or bulk cell fluorescence-activated cell sorting (FACS) as well as compatibility with NGS-based applications, multiplex assays and other platforms including single cell assays. The generation of encoded pMHC multimers is described. The present disclosure also describes the preparation of barcoded pMHC via both covalent and non-covalent oligo attachment and the combination of these multimers in the evaluation of pMHC-TCR avidity. The present disclosure also describes a novel pMHC multimer barcoding approach targeting TCR α/β constant genes that simplifies sequencing library preparation by simultaneous processing of TCR sequences and pMHC multimer barcodes. The barcoding oligo length and/or sequence is not fixed and can vary, including the use of various base modifications.

본 개시는 pMHC 다량체, 일부 구현예에서 pMHC 사량체에 대한 적어도 두 개의 올리고 바코딩 전략을 설명한다. 첫 번째는 특정 pMHC를 TCR 서열을 포함하는 상응하는 T 세포 전사체와 연결하는 바코딩된 폴리-A 꼬리 올리고를 사용한다. 두번째 바코딩 접근 방식은 TCRα 및/또는 TCRβ 유전자좌를 표적으로 하는 스트렙타비딘에 결합된 올리고를 사용하여, 올리고 모두 사량체 바코드를 보유한다. 중요한 것은, TCRα 및 TCRβ 올리고가 동시에 사용되는 경우, 주어진 사량체에 대한 동일한 사량체 바코딩 정보를 포함한다는 것이다. 이 접근 방식을 사용하면, 모든 역-전사된 TCR 서열은 별도의 라이브러리 준비가 필요하지 않은 사량체 바코드 시퀀스를 포함한다.This disclosure describes at least two oligo barcoding strategies for pMHC multimers, and in some embodiments pMHC tetramers. The first uses barcoded poly-A tail oligos that link specific pMHCs with the corresponding T cell transcripts comprising TCR sequences. A second barcoding approach uses oligos bound to streptavidin that target the TCRα and/or TCRβ loci, both oligos bearing tetrameric barcodes. Importantly, when TCRα and TCRβ oligos are used simultaneously, they contain the same tetrameric barcoding information for a given tetramer. Using this approach, all reverse-transcribed TCR sequences contain tetrameric barcode sequences that do not require separate library preparation.

MHC 단백질MHC protein

본 개시의 조성물 및 방법에서 제공되고 사용되는 MHC 단백질은 MHC 단백질이 원래 포함하는 펩타이드를 다른 펩타이드로 교환하는 것이 바람직한 당 업계에 공지된 임의의 적합한 MHC 분자일 수 있다. 일반적으로, 그것들은 공식 (α-β-P)n을 가지며, 여기서 n은 적어도 2, 예를 들면 2-10 사이, 예컨대 4이다. α는 클래스 I 또는 클래스 II MHC 단백질의 α 사슬이다. β는 β사슬이며, 여기서는 클래스 II MHC 단백질의 β사슬 또는 MHC 클래스 I 단백질에 대한 β2 마이크로 글로불린으로 정의된다. P는 펩타이드 항원이다.The MHC protein provided and used in the compositions and methods of the present disclosure may be any suitable MHC molecule known in the art for which it is desirable to exchange the peptide originally contained in the MHC protein for another peptide. In general, they have the formula (α-β-P) n , where n is at least 2, eg between 2-10, eg 4. α is the α chain of a class I or class II MHC protein. β is a β chain, which is defined herein as a β chain for a class II MHC protein or a β 2 microglobulin for an MHC class I protein. P is a peptide antigen.

MHC 단백질은 포유 동물 또는 조류 종, 예를 들면 영장류 종, 특히 인간; 생쥐(mice), 쥐(rats) 및 햄스터를 포함한 설치류; 토끼; 말, 소, 개, 고양이; 기타에서 유래될 수 있다. 예를 들어, MHC 단백질은 인간 HLA 단백질 또는 뮤린 H-2 단백질에서 유래될 수 있다. HLA 단백질은 클래스 II 서브유닛 HLA-DPα, HLA-DPβHLA-DQα, HLA-DQβ, HLA-DRα 및 HLA-DRβ 및 클래스 I 단백질 HLA-A, HLA-B, HLA-C, 및 β2-마이크로 글로불린을 포함한다. H-2 단백질은 클래스 I 서브유닛 H-2K, H-2D, H-2L 및 클래스 II 서브유닛 I-Aα, I-Aβ, I-Eα 및 I-Eβ 및 β2-마이크로 글로불린을 포함한다. 일부 대표적인 MHC 단백질의 서열은 Kabat 등. Sequences of Proteins of Immunological Interest, NIH 공개 번호 91-3242, pp724-815에서 찾을 수 있다. 본 발명에서 사용에 적합한 MHC 단백질 서브유닛은 예를 들어 막관통(transmembrane) 도메인 및 세포질 도메인의 결실에 의해 당 업계에 공지된 바와 같이 제조되는, 정상적으로 막-결합된 단백질의 가용성 형태이다.MHC proteins can be found in mammalian or avian species, such as primate species, especially humans; rodents including mice, rats and hamsters; rabbit; horses, cattle, dogs and cats; It can be derived from others. For example, the MHC protein may be derived from a human HLA protein or a murine H-2 protein. The HLA protein consists of the class II subunits HLA-DPα, HLA-DPβHLA-DQα, HLA-DQβ, HLA-DRα and HLA-DRβ and the class I proteins HLA-A, HLA-B, HLA-C, and β2-microglobulin. include H-2 proteins include class I subunits H-2K, H-2D, H-2L and class II subunits I-Aα, I-Aβ, I-Eα and I-Eβ and β2-microglobulin. The sequences of some representative MHC proteins are described in Kabat et al. Sequences of Proteins of Immunological Interest, NIH Publication No. 91-3242, pp724-815. MHC protein subunits suitable for use in the present invention are soluble forms of normally membrane-bound proteins, prepared as known in the art, for example, by deletion of the transmembrane domain and the cytoplasmic domain.

클래스 I 단백질의 경우, 가용성 형태는 α1, α2 및 α3 도메인을 포함한다. 가용성 클래스 II 서브유닛은 α 서브유닛에 대한 α1 및 α2 도메인, 및 β 서브유닛에 대한 β1 및 β2 도메인을 포함한다.For class I proteins, the soluble form comprises the α1, α2 and α3 domains. Soluble class II subunits comprise the α1 and α2 domains for the α subunit, and the β1 and β2 domains for the β subunit.

α 및 β 서브유닛은 개별적으로 생산되고 안정한 이종 이중(heteroduplex) 복합체를 형성하기 위해 시험관 내(in vitro)에서 결합되도록 허용되건, 서브유닛 모두가 단일 세포에서 발현될 수 있다. MHC 서브유닛을 생산하는 방법은 당 업계에 공지되어있다.Whether the α and β subunits are produced separately and allowed to combine in vitro to form stable heteroduplex complexes, both subunits can be expressed in a single cell. Methods for producing MHC subunits are known in the art.

MHC-펩타이드 복합체를 준비하기 위해, 서브 유닛은 항원성 펩타이드와 결합하고 시험관 내에서 접혀 사슬 내 이황화 결합 도메인과 함께 안정적인 이종이량체(heterodimer) 복합체를 형성할 수 있다. 펩타이드는 초기 폴딩 반응에 포함될 수 있거나, 이후 단계에서 빈(empty) 이종이량체에 추가될 수 있다. 본 발명의 방법에서, 이것은 퇴장(exiting) 펩타이드가 될 것이다. 폴딩을 허용하는 조건 및 서브유닛과 펩타이드의 결합은 당 업계에 공지되어 있다. 하나의 예시로서, 가용화된(solubilized) α 및 β 서브유닛의 대략 등몰량(equimolar)은 요소 용액에서 혼합될 수 있다. 리폴딩(refolding)은 요소없는 완충 용액으로 희석 또는 투석에 의해 시작된다. 펩타이드는 약 1 내지 3일 동안 약 pH 5 내지 5.5에서 빈(empty) 클래스 II 이종이량체에 로딩된 후, 중화, 농축 및 완충액 교환이 이어질 수 있다. 그러나, 특정 폴딩 조건은 본 발명의 실시에 중요하지 않다.To prepare MHC-peptide complexes, subunits can bind antigenic peptides and fold in vitro to form stable heterodimer complexes with intrachain disulfide binding domains. The peptide may be included in the initial folding reaction, or it may be added to the empty heterodimer at a later stage. In the method of the present invention, this will be the exiting peptide. Conditions permissive for folding and binding of subunits to peptides are known in the art. As an example, approximately equimolar amounts of solubilized α and β subunits can be mixed in a urea solution. Refolding is initiated by dilution or dialysis with a urea-free buffer solution. Peptides can be loaded into empty class II heterodimers at about pH 5-5.5 for about 1-3 days followed by neutralization, concentration and buffer exchange. However, the particular folding conditions are not critical to the practice of the present invention.

단량체 복합체 (α-β-P)(여기서는 단량체)는 다량체화될 수 있다. 결과물(resulting) 다량체는 오랜 기간 동안 안정적이다. 바람직하게는, 다량체는 당 업계에 공지된 바와 같이 (예, 미국 특허 번호 5,635,363에 기재된 바와 같이) α 또는 β 서브유닛의 특정 부착 부위를 통해 단량체를 다가 본체(multivalent entity)에 결합시킴으로써 형성될 수 있다. 단량체 또는 다량체 형태의 MHC 단백질은 비즈 또는 기타 지지체에 결합될 수도 있다.The monomer complex (α-β-P) (here the monomer) can be multimerized. The resulting multimer is stable over a long period of time. Preferably, the multimer is to be formed by linking the monomer to a multivalent entity via specific attachment sites of the α or β subunit as is known in the art (eg, as described in US Pat. No. 5,635,363). can MHC proteins in monomeric or multimeric form may also be bound to beads or other supports.

종종, 다량체 복합체는 면역 염색 또는 당 업계에 공지된 다른 방법에서 사용될 때 직접적으로 검출될 수 있도록 표지되거나, 당 업계에 공지되고 본원에 기재된 바와 같이 복합체와 특이적으로 결합할 2차 표지된 면역 시약과 함께 사용될 것이다. 예를 들어, 표지는 플루오르세신 이소티오시아네이트(fluorescein isothiocyanate, FITC), 로다민(rhodamine), 텍사스 레드(Texas Red), 피코에리신(phycoerythrin, PE), 알로피코시아닌(allophycocyanin, APC), 브릴리언트 바이올렛TM 421, 브릴리언트 UVTM 395, 브릴리언트 바이올렛TM 480, 브릴리언트 바이올렛TM 421 (BV421), 브릴리언트 블루TM 515, APC-R700 또는 APC-Fire750와 같은 형광단일 수 있다. 일부 구현예에서, 다량체 복합체는 다른 부분(moiety)과 특이적으로 결합할 수 있는 부분에 있해 표지된다. 예를 들어, 표지는 비오틴, 스트렙타비딘, 올리고 뉴클레오티드 또는 리간드일 수 있다. 관심있는 다른 표지는 염료, 효소, 화학발광제, 입자, 방사성 동위원소, 또는 다른 직접적으로 또는 간접적으로 검출 가능한 물질을 포함할 수 있다. Often, the multimeric complex is labeled such that it can be detected directly when used in immunostaining or other methods known in the art, or a secondary labeled immune that will specifically bind the complex as known in the art and described herein. It will be used with reagents. For example, the label is fluorescein isothiocyanate (FITC), rhodamine, Texas Red (Texas Red), phycoerythrin (PE), allophycocyanin (APC) , Brilliant Violet TM 421, Brilliant UV TM 395, Brilliant Violet TM 480, Brilliant Violet TM 421 (BV421), Brilliant Blue TM 515, APC-R700 or APC-Fire750. In some embodiments, the multimeric complex is labeled with a moiety capable of specifically binding to another moiety. For example, the label can be biotin, streptavidin, an oligonucleotide, or a ligand. Other labels of interest may include dyes, enzymes, chemiluminescent agents, particles, radioactive isotopes, or other directly or indirectly detectable substances.

본원에 개시된 조성물은 임의의 적합한 MHC 단백질을 포함할 수 있다. 전형적인 MHC 단백질 및 여기에 개시된 펩타이드는 H-2 Kb 단량체, HLA-A*02:01 단량체, HLA-A*24:02 단량체, HLA-A*02:01 사량체, HLA-A*24:02사량체, 및 H-2 Kb 사량체를 포함한다. 그러나, 예를 들어, MHC 대립 유전자에 대한 펩타이드의 친화성을 예측하기 위한 공지된 기술에 따라, 임의의 MHC 대립 유전자는 적절한 퇴장(exiting) 펩타이드의 선택시 본원의 조성물 및 방법에 사용될 수 있다. The compositions disclosed herein may include any suitable MHC protein. Typical MHC proteins and peptides disclosed herein are H-2 Kb monomer, HLA-A * 02:01 monomer, HLA-A * 24:02 monomer, HLA-A * 02:01 tetramers, HLA-A * 24:02 tetramers, and H-2 Kb tetramers. However, for example, in accordance with known techniques for predicting the affinity of a peptide for an MHC allele, any MHC allele can be used in the compositions and methods herein in the selection of an appropriate exiting peptide.

정의:Justice:

관사 "a" 및 "an"은 관사의 문법적 대상 중 하나 또는 하나 이상 (즉, 적어도 하나)을 지칭하기 위해 본원에서 사용된다. 예를 들어, "하나의 요소"는 하나의 요소 또는 하나 이상의 요소를 의미한다.The articles "a" and "an" are used herein to refer to one or more than one (ie, at least one) of the grammatical object of the article. For example, "an element" means one element or more than one element.

용어 "아미노산"은 아미노산 작용기와 산 작용기를 모두 포함하고 자연-발생 아미노산의 중합체에 포함될 수 있는, 천연 또는 합성의 모든 분자를 포괄하는 것으로 의도된다. 전형적인 아미노산은 자연-발생 아미노산; 이들의 유사체, 유도체 및 동종체(congener); 변이 측쇄를 갖는 아미노산 유사체; 및 앞서 말한 임의의 것의 모든 입체 이성질체를 포함한다.The term “amino acid” is intended to encompass all molecules, natural or synthetic, that contain both amino acid and acid functionality and may be included in polymers of naturally-occurring amino acids. Typical amino acids include naturally-occurring amino acids; analogs, derivatives and congeners thereof; amino acid analogs with variant side chains; and all stereoisomers of any of the foregoing.

용어 "유래된"은 재배열되지 않은 가변 영역 및/또는 재배열되지 않은 가변 영역 유전자 절편으로부터 "유래된" 재배열된 가변 영역 유전자와 관련하여 사용될 때, 재배열된 가변 영역 유전자의 서열을 다시 배열하여 가변 도메일을 발현하는 유전자를 형성하도록 재배열된 일련의 재배열되지 않은 가변 영역 유전자 절편까지 추적하는 능력을 의미한다 (해당되는 경우 스플라이스 차이 및 체세포 돌연변이 고려). 예를 들어, 체세포 돌연변이를 겪은 재배열된 가변 영역 유전자는 여전히 재배열되지 않은 가변 영역 유전자 절편에서 유래된다. 일부 구현예에서, 내인성 유전자좌가 보편적 경쇄 또는 중쇄 유전자좌로 대체되는 경우, 용어 "유래된"은 서열이 체세포 돌연변이를 겪었더라도 서열의 근원을 상기 재배열된 유전자좌로 추적할 수 있는 능력을 나타낸다.The term "derived", when used in reference to a rearranged variable region gene "derived" from unrearranged variable region and/or unrearranged variable region gene segments, re-sequences the rearranged variable region gene. refers to the ability to trace up to a series of unrearranged variable region gene segments that have been rearranged to form a gene that aligns and expresses a variable domain (considering splice differences and somatic mutations, if applicable). For example, rearranged variable region genes that have undergone somatic mutation are still derived from unrearranged variable region gene segments. In some embodiments, when an endogenous locus is replaced with a universal light or heavy chain locus, the term "derived" refers to the ability to trace the origin of a sequence to the rearranged locus, even if the sequence has undergone somatic mutation.

"PCR 핸들"은 본원에 설명된 바코드 영역의 PCR 증폭을 허용하는 모든 프라이머와 동일한 불변 서열을 의미한다."PCR handle" means a constant sequence identical to all primers that permit PCR amplification of a barcode region described herein.

용어 "바코딩된 영역"은 고유한 뉴클레오티드 서열을 포함하는 영역을 의미한다. 이 뉴클레오티드 서열의 최소 길이는 고유하게 표지되어야하는 MHC 다량체의 총 수에 의존한다. 예를 들면, 4 개 뉴클레오티드 길이의 뉴클레오티드 서열은 256 개의 상이한 서열을 가질 수 있으며, 이는 최대 256 개의 MHC 다량체를 고유하게 표지할 수 있다. 6 개 뉴클레오티드 길이의 뉴클레오티드 서열은 4096 개의 상이한 서열을 가질 수 있으며, 이는 최대 4096개의 MHC 다량체를 고유하게 표지할 수 있다. 더 긴 사량체 서열은 처리량 증가를 위해 사용될 수 있다.The term “barcoded region” refers to a region comprising a unique nucleotide sequence. The minimum length of this nucleotide sequence depends on the total number of MHC multimers that must be uniquely labeled. For example, a nucleotide sequence of 4 nucleotides in length can have 256 different sequences, which can uniquely label up to 256 MHC multimers. A nucleotide sequence of 6 nucleotides in length can have 4096 different sequences, which can uniquely label up to 4096 MHC multimers. Longer tetrameric sequences can be used to increase throughput.

용어 "상보성"은 2 개의 핵산 가닥의 영역 사이 또는 동일한 핵산 가닥의 2 개의 영역 사이의 서열 상보성의 광범위한 개념을 의미한다. 첫 번째 핵산 영역의 아데닌 잔기는 잔기가 티민 또는 우라실인 경우, 첫 번째 영역에 역평행한(antiparallel) 두 번째 핵산 영역의 잔기와 특정 수소 결합 ("염기 쌍")을 형성할 수 있는 것으로 알려져 있다. 유사하게, 첫 번째 핵산 가닥의 시토신 잔기는 잔기가 구아닌인 경우, 첫 번째 가닥에 역평행한 두 번째 핵산 가닥의 잔기와 염기쌍을 이룰 수 있는 것으로 알려져 있다. 핵산의 첫 번째 영역은, 두 영역이 역평행 방식으로 배열될 때, 적어도 첫 번째 영역의 하나의 뉴클레오타이드 잔기가 두번째 영역의 잔기와 염기쌍을 이룰 수 있는 경우, 동일하거나 다른 핵산의 두 번째 영역에 상보적이다. 바람직하게는, 첫 번째 영역은 제 1부분을 포함하고 두번째 영역은 제 2 부분을 포함하며, 이에 의해 제 1 및 제 2 부분이 역평행한 방식으로 배열될 때, 제1부분의 뉴클레오티드 잔기의 적어도 약 50%, 바람직하게는 적어도 75%, 적어도 약 90%, 또는 적어도 95%는 제 2 부분의 뉴클레오티드 잔기와 염기쌍을 이룰 수 있다. 보다 바람직하게는, 제 1 부분의 모든 뉴클레오티드 잔기는 제 2 부분의 뉴클레오티드 잔기와 염기쌍을 이룰 수 있다.The term "complementarity" refers to the broad concept of sequence complementarity between regions of two nucleic acid strands or between two regions of the same nucleic acid strand. It is known that adenine residues in a first nucleic acid region are capable of forming specific hydrogen bonds ("base pairs") with residues in a second nucleic acid region that are antiparallel to the first region if the residue is thymine or uracil. . Similarly, it is known that a cytosine residue of a first nucleic acid strand is capable of base pairing with a residue of a second nucleic acid strand antiparallel to the first strand if the residue is guanine. A first region of a nucleic acid is complementary to a second region of the same or different nucleic acid if, when the two regions are arranged in an antiparallel manner, at least one nucleotide residue of the first region is capable of base pairing with a residue of the second region enemy Preferably, the first region comprises a first portion and the second region comprises a second portion, whereby when the first and second portions are arranged in an antiparallel manner, at least of the nucleotide residues of the first portion About 50%, preferably at least 75%, at least about 90%, or at least 95% are capable of base pairing with the nucleotide residues of the second portion. More preferably, all nucleotide residues of the first portion are capable of base pairing with nucleotide residues of the second portion.

구현예 1. 다량체 주조직 적합성 복합체(MHC)는 다음을 포함한다: Embodiment 1. The multimeric major histocompatibility complex (MHC) comprises:

백본 분자에 의해 연결된 하나 이상의 MHC 분자; 및one or more MHC molecules linked by backbone molecules; and

백본 분자에 연결된 적어도 하나의 핵산 분자로, 핵산의 중앙 스트레치 (바코드 영역). 및 표적 올리고에 상보성을 나타내는 서열을 갖는 핵산의 두 번째 스트레치를 포함하는 핵산 분자.At least one nucleic acid molecule linked to a backbone molecule, a central stretch of nucleic acid (barcode region). and a second stretch of nucleic acid having a sequence exhibiting complementarity to the target oligo.

구현예 2. 구현예 1의 다량체 MHC로서, 적어도 하나의 핵산 분자는 5' PCR 핸들 영역, 중앙 바코드 영역 및 3' 폴리-A 꼬리 영역을 포함하고, 선택적으로 적어도 하나의 핵산 분자는 5' PCR 핸들 영역, 중앙 바코드 영역, 고유 분자 식별자 (UMI) 및 3' 폴리-A 꼬리 영역을 포함한다.Embodiment 2. The multimeric MHC of embodiment 1, wherein the at least one nucleic acid molecule comprises a 5' PCR handle region, a central barcode region and a 3' poly-A tail region, optionally wherein the at least one nucleic acid molecule comprises a 5' PCR handle region, It contains a central barcode region, a unique molecular identifier (UMI) and a 3' poly-A tail region.

구현예 3. 구현예 1 또는 2의 다량체 MHC로서, 폴리-A 꼬리는 적어도 10개의 연속적인 아데닌을 포함한다.Embodiment 3. The multimeric MHC of embodiment 1 or 2, wherein the poly-A tail comprises at least 10 consecutive adenines.

구현예 4. 구현예 1-3의 어느 하나의 다량체 MHC로서, 표적 올리고의 매칭 뉴클레오티드가 C, G 또는 A이면, 폴리-A 꼬리의 5' 말단 뉴클레오티드는 G, C 또는 T이다.Embodiment 4. The multimeric MHC of any one of embodiments 1-3, wherein if the matching nucleotide of the target oligo is C, G or A, then the 5' terminal nucleotide of the poly-A tail is G, C or T.

구현예 5. 구현예 1-4의 어느 하나의 다량체 MHC로서, 적어도 하나의 핵산 분자는 길이가 적어도 10개의 뉴클레오티드이고, 선택적으로 적어도 하나의 핵산 분자는 길이가 10-200개의 뉴클레오티드이다.Embodiment 5. The multimeric MHC of any one of embodiments 1-4, wherein at least one nucleic acid molecule is at least 10 nucleotides in length and optionally at least one nucleic acid molecule is 10-200 nucleotides in length.

구현예 6. 구현예 1-5의 어느 하나에 따른 다량체 MHC의 복수의 서브세트를 포함하는 조성물로서, 다량체 MHC의 각 서브세트는 상이한 펩타이드에 결합하고 상응하는 바코드 영역 서열을 갖는다.Embodiment 6. A composition comprising a plurality of subsets of multimeric MHCs according to any one of embodiments 1-5, wherein each subset of multimeric MHCs binds a different peptide and has a corresponding barcode region sequence.

구현예 7. 특정 MHC 분자를 상응하는 T 세포 전사체와 연결하는 방법은 다음을 포함한다:Embodiment 7. A method of linking a particular MHC molecule with a corresponding T cell transcript comprises:

a) 구현예 1-5의 어느 하나에 따른 복수의 다량체 MHC 분자, T 세포 및 5' PCR 핸들, 중앙 세포 바코드, UMI 및 3'-폴리-(dT)를 포함하는 상보적 표적 올리고에 연결된 입자를 포함하는 테스트 샘플을 형성하는 단계;a) linked to a complementary target oligo comprising a plurality of multimeric MHC molecules according to any one of embodiments 1-5, a T cell and a 5' PCR handle, a central cell barcode, a UMI and a 3'-poly-(dT) forming a test sample comprising particles;

b) 각 방울이 단 하나의 입자 그리고 하나 이상의 다량체 MHC 분자에 결합된 하나의 T 세포를 포함하도록 테스트 샘플로부터 방울을 형성하는 단계;b) forming droplets from the test sample such that each droplet contains only one particle and one T cell bound to one or more multimeric MHC molecules;

c) 각 방울에서 T 세포 cDNA 라이브러리 및 MHC 바코드 라이브러리를 생성하는 단계; 및c) generating a T cell cDNA library and an MHC barcode library from each drop; and

d) T 세포 mRNA 라이브러리와 MCH 바코드 라이브러리를 모두 시퀀싱하여, 특정 MHC 분자를 상응하는T 세포 전사체와 연결하는 단계.d) sequencing both the T cell mRNA library and the MCH barcode library to link specific MHC molecules with the corresponding T cell transcript.

구현예 8. 다량체 MHC는 다음을 포함한다:Embodiment 8. The multimeric MHC comprises:

백본 분자에 의해 연결된 하나 또는 하나 이상의 MHC 분자; 및one or more MHC molecules linked by backbone molecules; and

상기 백본에 연결된 적어도 하나의 핵산 분자로, 핵산의 중앙 스트레치 (바코드 영역), 및 TCR 불변 유전자에 상보적인 뉴클레오티드 서열을 포함하는 핵산 분자.A nucleic acid molecule comprising at least one nucleic acid molecule linked to said backbone, a central stretch of nucleic acid (barcode region), and a nucleotide sequence complementary to a TCR constant gene.

구현예 9. 구현예 8의 다량체 MHC는, 백본에 연결된 제 1형의 핵산 분자를 포함하고; 여기서 제 1형의 핵산 분자는 중앙 바코드 영역 및 TCR α 또는 TCRβ 불변 유전자에 상보적인 뉴틸레오디티드 서열을 포함한다.Embodiment 9. The multimeric MHC of embodiment 8 comprises a nucleic acid molecule of type 1 linked to a backbone; wherein the nucleic acid molecule of type 1 comprises a central barcode region and a nucleotide sequence complementary to a TCRα or TCRβ constant gene.

구현예 10. 구현예 8의 다량체 MHC는, 백본에 연결된 제1형 및 제 2형의 핵산 분자를 포함하고, 여기서 Embodiment 10. The multimeric MHC of embodiment 8 comprises nucleic acid molecules of type 1 and type 2 linked to a backbone, wherein

제1형 핵산 분자는 중앙 바코드 영역 및 TCRα 불변 유전자에 상보적인 뉴클레오티드 서열을 포함하고;A type 1 nucleic acid molecule comprises a central barcode region and a nucleotide sequence complementary to a TCRa constant gene;

제 2형 핵산분자는 중앙 바코드 영역 및 TCRβ 불변 유전자에 상보적인 뉴클레오티드 서열을 포함하고; The type 2 nucleic acid molecule comprises a nucleotide sequence complementary to a central barcode region and a TCRβ constant gene;

두 가지 유형의 핵산 분자의 바코드 영역은 동일한 서열을 갖고; 선택적으로 각 유형의 핵산 분자는 UMI를 추가로 포함하고, 제 1 형의 핵산 분자의 UMI 서열은 제 2 형의 핵산 분자의 UMI 서열과 상이하다.The barcode regions of both types of nucleic acid molecules have the same sequence; Optionally, each type of nucleic acid molecule further comprises a UMI, wherein the UMI sequence of the nucleic acid molecule of the first type is different from the UMI sequence of the nucleic acid molecule of the second type.

구현예 11. 구현예 8-10의 어느 하나의 다량체 MHC로서, 여기서 핵산 분자는 5' PCR 핸들, 중앙 바코드 영역 및 TCR 불변 유전자에 상보적인 3' 뉴클레오티드 서열을 포함한다.Embodiment 11. The multimeric MHC of any one of embodiments 8-10, wherein the nucleic acid molecule comprises a 5' PCR handle, a central barcode region and a 3' nucleotide sequence complementary to a TCR constant gene.

구현예 12. 구현예 8-11의 어느 하나의 다량체 MHC로서, 여기서 핵산 분자는 TCR 불변 유전자의 5' 말단에 상보적인 뉴클레오티드 서열을 포함한다.Embodiment 12. The multimeric MHC of any one of embodiments 8-11, wherein the nucleic acid molecule comprises a nucleotide sequence complementary to the 5' end of the TCR constant gene.

구현예 13. 구현예 8-12의 어느 하나의 다량체 MHC로서, 여기서 TCR 불변 유전자는 TCRα 불변 유전자, TCRβ 불변 1 유전자, 또는 TCRβ 불변 2 유전자이다.Embodiment 13. The multimeric MHC of any one of embodiments 8-12, wherein the TCR constant gene is a TCRα constant gene, a TCRβ constant 1 gene, or a TCRβ constant 2 gene.

구현예 14. 구현예 8-13의 어느 하나의 다량체 MHC로서, 여기서 5' 말단 및/또는 3' 말단 핵산 분자는 백본 분자와 연결된다.Embodiment 14. The multimeric MHC of any one of embodiments 8-13, wherein the 5'-terminal and/or 3'-terminal nucleic acid molecule is linked with a backbone molecule.

구현예 15. 구현예 8-14의 어느 하나의 다량체 MHC로서, 여기서 핵산 분자는 바코드 영역에 인접한 고유 식별 분자 (UMI)를 추가로 포함한다.Embodiment 15. The multimeric MHC of any one of embodiments 8-14, wherein the nucleic acid molecule further comprises a unique identification molecule (UMI) adjacent the barcode region.

구현예 16. 구현예 8-14의 어느 하나의 다량체 MHC로서, 여기서 적어도 하나의 핵산 분자는 길이가 적어도 10개의 뉴클레오티드이고, 선택적으로 적어도 하나의 핵산 분자는 길이가 10-200개의 뉴클레오티드이다.Embodiment 16. The multimeric MHC of any one of embodiments 8-14, wherein the at least one nucleic acid molecule is at least 10 nucleotides in length and optionally the at least one nucleic acid molecule is 10-200 nucleotides in length.

구현예 17. 구현예 8-16의 어느 하나에 따른 복수의 다량체 MHC의 서브세트를 포함하는 조성물로서, 여기서 다량체 MHC의 각 서브세트는 상이한 펩타이드에 결합하고 상응하는 바코드 영역 서열을 갖는다. Embodiment 17. A composition comprising a plurality of subsets of multimeric MHCs according to any one of embodiments 8-16, wherein each subset of multimeric MHCs binds a different peptide and has a corresponding barcode region sequence.

구현예 18. 특정 MHC 분자를 상응하는 TCRα 및/또는 TCRβ 서열에 연결하는 방법은 다음을 포함한다:Embodiment 18. A method of linking a particular MHC molecule to a corresponding TCRα and/or TCRβ sequence comprises:

a) 구현예 8-16의 어느 하나에 따른 하나 이상의 다량체 주요 생체 결합성 복합체를 제공하는 단계;a) providing at least one multimeric major biobinding complex according to any one of embodiments 8-16;

b) 상기 다량체 MHC 분자를 T 세포와 접촉시키는 단계;b) contacting said multimeric MHC molecule with a T cell;

c) 다량체 MHC 분자에 결합하지 않은 세포로부터 다량체 MHC 분자에 결합된 T 세포를 분리하는 단계;c) isolating the T cells bound to the multimeric MHC molecule from the cells not bound to the multimeric MHC molecule;

d) 분리된 T 세포를 용해하는 단계;d) lysing the isolated T cells;

e) 각 DNA 분자가 TCRα 및/또는 TCRβ 유전자의 서열과 MHC 바코드를 포함하는 DNA 라이브러리를 생성하는 단계; 및e) generating a DNA library in which each DNA molecule comprises a sequence of TCRα and/or TCRβ genes and an MHC barcode; and

f) DNA 라이브러리를 시퀀싱하여, 특정 MHC 분자를 상응하는 TCRα 및/또는 TCRβ 서열에 연결하는 단계.f) sequencing the DNA library to link specific MHC molecules to the corresponding TCRα and/or TCRβ sequences.

구현예 19. 구현예 18의 방법으로서, 단계 c)는 FACS 분류(sorting) 또는 마그네틱 비드-기반 분리에 의해 달성된다.Embodiment 19. The method of embodiment 18, wherein step c) is accomplished by FACS sorting or magnetic bead-based separation.

구현예 20. 구현예 18 또는 19의 방법으로서, 다량체 MHC 분자는 직접 또는 간접적으로 형광 표지된다.Embodiment 20. The method of embodiment 18 or 19, wherein the multimeric MHC molecule is directly or indirectly fluorescently labeled.

구현예 21. 구현예 18-20의 어느 하나의 방법으로서, 바코딩된 MHC 분자에 결합된 T 세포는 단일 수집 튜브에서 대량 분류된다.Embodiment 21. The method of any one of embodiments 18-20, wherein the T cells bound to the barcoded MHC molecule are mass sorted in a single collection tube.

구현예 22. 구현예 18-21의 어느 하나의 방법으로서, 바코딩된 MHC 분자와 결합된 동족 T 세포는 단일 세포로서 개별 플레이트 웰로 분류된다.Embodiment 22. The method of any one of embodiments 18-21, wherein the cognate T cells associated with the barcoded MHC molecule are sorted into individual plate wells as single cells.

구현예 23. 다량체 MHC는 다음을 포함한다:Embodiment 23. The multimeric MHC comprises:

백본 분자에 의해 연결된 둘 이상의 MHC 분자; 및two or more MHC molecules linked by a backbone molecule; and

상기 백본에 연결된 적어도 하나의 핵산 분자로서, 핵산의 중앙 스트레치 (바코드 영역), 및 주형 스위치 올리고 서열을 포함하는 핵산 분자.A nucleic acid molecule comprising at least one nucleic acid molecule linked to said backbone, a central stretch of nucleic acid (barcode region), and a template switch oligo sequence.

구현예 24. 구현예 23의 다량체 MHC로서, 핵산 분자는 5' PCR 핸들, 중앙 바코드 영역, UMI 및 3' 주형 스위치 올리고 서열을 포함한다.Embodiment 24. The multimeric MHC of embodiment 23, wherein the nucleic acid molecule comprises a 5' PCR handle, a central barcode region, a UMI and a 3' template switch oligo sequence.

구현예 25. 구현예 23 또는 24의 다량체 MHC로서, 주형 스위치 올리고 서열은 3개의 리보구아노신의 3' 스트레치를 포함한다.Embodiment 25. The multimeric MHC of embodiment 23 or 24, wherein the template switch oligo sequence comprises a 3' stretch of three riboguanosines.

구현예 26. 구현예 23-25의 어느 하나의 다량체 MHC로서, 적어도 하나의 핵산 분자는 길이가 적어도 10개의 뉴클레오티드이고, 선택적으로 적어도 하나의 핵산 분자는 길이가 10-200개의 뉴클레오티드이다.Embodiment 26. The multimeric MHC of any one of embodiments 23-25, wherein at least one nucleic acid molecule is at least 10 nucleotides in length and optionally at least one nucleic acid molecule is 10-200 nucleotides in length.

구현예 27. 구현예 23-26의 어느 하나에 따른 복수의 다량체 MHC의 서브세트를 포함하는 조성물로서, 여기서 다량체 MHC의 각 서브세트는 상이한 펩타이드에 결합하고 상응하는 바코드 영역 서열을 갖는다.Embodiment 27. A composition comprising a plurality of subsets of multimeric MHCs according to any one of embodiments 23-26, wherein each subset of multimeric MHCs binds a different peptide and has a corresponding barcode region sequence.

구현예 28. 특정 MHC 분자를 상응하는 TCRα 및/또는 TCRβ 서열에 연결하는 방법은 다음을 포함한다:Embodiment 28. A method of linking a particular MHC molecule to a corresponding TCRα and/or TCRβ sequence comprises:

a) 구현예 23-26의 어느 하나에 따른 복수의 다량체 MHC 분자, T 세포, 및 5' PCR 핸들, 중앙 세포 바코드, UMI 및 TCR 불변 유전자에 상보적인 3' 뉴클레오티드 서열을 포함하는 올리고에 결합된 비즈를 포함하는 테스트 샘플을 형성하는 단계;a) binds to an oligo comprising a plurality of multimeric MHC molecules according to any one of embodiments 23-26, a T cell, and a 3' nucleotide sequence complementary to a 5' PCR handle, a center cell barcode, a UMI and a TCR constant gene forming a test sample including the used beads;

b) 각 방울(droplet)이 단 하나의 비드 그리고 하나 이상의 다량체 MHC 분자에 결합된 하나의 T 세포를 포함하도록 테스트 샘플로부터 방울을 형성하는 단계;b) forming droplets from the test sample such that each droplet contains only one bead and one T cell bound to one or more multimeric MHC molecules;

c) 각 DNA분자는 TCRα 및/또는 TCRβ유전자의 서열, 및MHC 바코드를 포함하는 것인, DNA 라이브러리를 생성하는 단계; 및c) generating a DNA library, wherein each DNA molecule comprises a sequence of TCRα and/or TCRβ genes, and an MHC barcode; and

d) DNA 라이브러리를 시퀀싱하여, 특정 MHC 분자를 상응하는 TCRα 및/또는 TCRβ서열에 연결하는 단계.d) sequencing the DNA library to link specific MHC molecules to the corresponding TCRα and/or TCRβ sequences.

구현예 29. 구현예 28의 방법으로서, 비드는 하이드로겔 비드, 경질(hard) 비드 및 용해성 비드로부터 선택된다.Embodiment 29. The method of embodiment 28, wherein the beads are selected from hydrogel beads, hard beads and soluble beads.

구현예 30. 구현예 28 또는 29의 방법으로서, 비드는 2개의 올리고에 결합되고, 여기서 첫 번째 올리고는5' PCR 핸들, 중앙 세포 바코드, UMI 및 TCRα 불변 유전자에 상보적인 3' 뉴클레오티드 서열을 포함하고; 두 번째 올리고는 5' PCR 핸들, 중앙 세포 바코드, UMI 및 TCRβ 불변 유전자에 상보적인 3' 뉴클레오티드 서열을 포함하고; 2개의 올리고에 대한 중앙 세포 바코드는 동일한 서열을 갖는다.Embodiment 30. The method of embodiment 28 or 29, wherein the beads are linked to two oligos, wherein the first oligo comprises a 3' nucleotide sequence complementary to a 5' PCR handle, a center cell barcode, UMI and TCRα constant genes. do; the second oligo contains a 3' nucleotide sequence complementary to the 5' PCR handle, central cell barcode, UMI and TCRβ constant genes; The central cell barcodes for the two oligos have identical sequences.

구현예 31. 구현예 28-30의 어느 하나의 방법으로서, DNA 라이브러리 제조 단계 c)는 MMLV 역전사 효소를 사용한 TCR mRNA 역전사를 포함한다. Embodiment 31. The method of any one of embodiments 28-30, wherein step c) of preparing the DNA library comprises reverse transcription of TCR mRNA using MMLV reverse transcriptase.

구현예 32. 이전 구현예의 어느 하나의 다량체 MHC 또는 방법으로서, PCR 핸들은 바코드 서열의 라이브러리 준비를 가능하게 한다.Embodiment 32. The multimeric MHC or method of any one of the preceding embodiments, wherein the PCR handle enables library preparation of barcode sequences.

구현예 33. 이전 구현예의 어느 하나의 다량체 MHC 또는 방법으로서, PCR 핸들은 i7 어댑터 서열을 갖는다.Embodiment 33. The multimeric MHC or method of any one of the preceding embodiments, wherein the PCR handle has an i7 adapter sequence.

구현예 34. 이전 구현예의 어느 하나의 다량체 MHC 또는 방법으로서, 바코드 영역은 적어도 4개의 뉴클레오티드를 포함한다.Embodiment 34. The multimeric MHC or method of any one of the preceding embodiments, wherein the barcode region comprises at least 4 nucleotides.

구현예 35. 이전 구현예의 어느 하나의 다량체 MHC 또는 방법으로서, 바코드 영역은 6개의 뉴클레오티드를 포함한다.Embodiment 35. The multimeric MHC or method of any one of the preceding embodiments, wherein the barcode region comprises 6 nucleotides.

구현예 36. 이전 구현예의 어느 하나의 다량체 MHC 또는 방법으로서, 백본 분자는 다당류, 글루칸, 덱스트란, 스트렙타비딘, 및 스트렙타머 다량체로 이루어진 군에서 선택된다.Embodiment 36. The multimeric MHC or method of any one of the preceding embodiments, wherein the backbone molecule is selected from the group consisting of polysaccharides, glucans, dextran, streptavidin, and streptameric multimers.

구현예 37. 이전 구현예의 어느 하나의 다량체 MHC 또는 방법으로서, MHC 분자는 스트렙타비딘-비오틴 결합을 통해, MHC 중쇄를 통해, 또는 MHC 경쇄(b2M)를 통해 백본에 연결된다.Embodiment 37. The multimeric MHC or method of any one of the preceding embodiments, wherein the MHC molecule is linked to the backbone via a streptavidin-biotin bond, via an MHC heavy chain, or via an MHC light chain (b2M).

구현예 38. 이전 구현예의 어느 하나의 다량체 MHC 또는 방법으로서, MHC 분자는 스트렙타비딘-비오틴 결합을 통해서 백본에 연결된다.Embodiment 38. The multimeric MHC or method of any one of the preceding embodiments, wherein the MHC molecule is linked to the backbone via a streptavidin-biotin bond.

구현예 39. 이전 구현예의 어느 하나의 다량체 MHC 또는 방법으로서, 다량체 MHC는 적어도 4개의 MHC 분자를 포함한다.Embodiment 39. The multimeric MHC or method of any one of the preceding embodiments, wherein the multimeric MHC comprises at least four MHC molecules.

구현예 40. 이전 구현예의 어느 하나의 다량체 MHC 또는 방법으로서, 적어도 하나의 핵산 분자는 화학적 변형을 추가로 포함한다.Embodiment 40. The multimeric MHC or method of any one of the preceding embodiments, wherein the at least one nucleic acid molecule further comprises a chemical modification.

구현예 41. 이전 구현예의 어느 하나의 다량체 MHC 또는 방법으로서, 적어도 하나 핵산의 5' 또는 3' 말단은 스페이서를 통해서 아미노기에 부착된다.Embodiment 41. The multimeric MHC or method of any one of the preceding embodiments, wherein the 5' or 3' end of at least one nucleic acid is attached to an amino group via a spacer.

구현예 42. 이전 구현예의 어느 하나의 다량체 MHC 또는 방법으로서, 스페이서는 6개의 탄소 스페이서 또는 12개의 탄소 스페이서이다.Embodiment 42. The multimeric MHC or method of any one of the preceding embodiments, wherein the spacer is a 6 carbon spacer or a 12 carbon spacer.

구현예 43. 이전 구현예의 어느 하나의 다량체 MHC 또는 방법으로서, 적어도 하나의 핵산 분자는 5' 말단 및/또는 3' 말단에 포스포로티오화된(phosphorothioated) 뉴클레오티드를 포함한다.Embodiment 43. The multimeric MHC or method of any one of the preceding embodiments, wherein at least one nucleic acid molecule comprises phosphorothioated nucleotides at the 5'-end and/or the 3'-end.

구현예 44. 이전 구현예의 어느 하나의 다량체 MHC 또는 방법으로서, 적어도 하나의 핵산 분자와 백본 분자 사이의 연결은 핵산 분자의 유도성 해리를 허용한다.Embodiment 44. The multimeric MHC or method of any one of the preceding embodiments, wherein the linkage between the at least one nucleic acid molecule and the backbone molecule allows for inducible dissociation of the nucleic acid molecule.

구현예 45. 이전 구현예의 어느 하나의 다량체 MHC 또는 방법으로서, 적어도 하나의 핵산 분자는 이황화 브릿지를 통해서 백본 분자에 연결된다.Embodiment 45. The multimeric MHC or method of any one of the preceding embodiments, wherein the at least one nucleic acid molecule is linked to the backbone molecule via a disulfide bridge.

구현예 46. 이전 구현예의 어느 하나의 다량체 MHC 또는 방법으로서, 이황화 브릿지는 숙신이미딜-6-히드라지노-니코틴아마이드(succinimidyl-6-hydrazino-nicotinamide, S-HyNic) 변형된 백본 분자와 5'-아미노-변형된 숙신이디딜-4-포르밀벤자마이드 유사체(succinimidyl-4-formylbenzamide analog, S-SS-4FB) 변형 핵산 분자와 결합하여 형성된다.Embodiment 46. The multimeric MHC or method of any one of the preceding embodiments, wherein the disulfide bridge comprises a succinimidyl-6-hydrazino-nicotinamide (S-HyNic) modified backbone molecule and 5 '-Amino-modified succinimidyl-4-formylbenzamide analog (S-SS-4FB) is formed by binding to a modified nucleic acid molecule.

구현예 47. 이전 구현예의 어느 하나의 다량체 MHC 또는 방법으로서, 적어도 하나의 핵산분자는 광절단 결합을 통해 백본 분자에 연결된다.Embodiment 47. The multimeric MHC or method of any one of the preceding embodiments, wherein the at least one nucleic acid molecule is linked to the backbone molecule via a photocleavage bond.

구현예 48. 이전 구현예의 어느 하나의 다량체 MHC 또는 방법으로서, MHC 분자는 MHC 클래스 I 및/또는 MHC 클래스 II 단량체이다.Embodiment 48. The multimeric MHC or method of any one of the preceding embodiments, wherein the MHC molecule is an MHC class I and/or MHC class II monomer.

구현예 49. 이전 구현예의 어느 하나의 다량체 MHC 또는 방법으로서, MHC 분자는 펩타이드와 복합체가 형성된다.Embodiment 49. The multimeric MHC or method of any one of the preceding embodiments, wherein the MHC molecule is complexed with a peptide.

구현예 50. 이전 구현예의 어느 하나의 다량체 MHC 또는 방법으로서, MHC 분자는 비오티닐화 된다.Embodiment 50. The multimeric MHC or method of any one of the preceding embodiments, wherein the MHC molecule is biotinylated.

구현예 51. 이전 구현예의 어느 하나의 다량체 MHC 또는 방법으로서, 백본은 형광 표지, His-태그 및 금속-이온 태그로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 표지를 추가로 포함한다.Embodiment 51. The multimeric MHC or method of any one of the preceding embodiments, wherein the backbone further comprises one or more labels selected from the group consisting of a fluorescent label, a His-tag, and a metal-ion tag.

구현예 52. 이전 구현예의 어느 하나의 다량체 MHC 또는 방법으로서, 백본은 형광 표지와 직접적으로 결합된다.Embodiment 52. The multimeric MHC or method of any one of the preceding embodiments, wherein the backbone is directly bound to a fluorescent label.

구현예 53. 이전 구현예의 어느 하나의 다량체 MHC 또는 방법으로서, 형광 표지는 4FB로 변형되고 S-HyNic-변형된 백본과 결합된다.Embodiment 53. The multimeric MHC or method of any one of the preceding embodiments, wherein the fluorescent label is modified with 4FB and is associated with an S-HyNic-modified backbone.

구현예 54. 이전 구현예의 어느 하나의 다량체 MHC 또는 방법으로서, 형광 표지는 형광단-태그된 올리고이다.Embodiment 54. The multimeric MHC or method of any one of the preceding embodiments, wherein the fluorescent label is a fluorophore-tagged oligo.

구현예 55. 이전 구현예의 어느 하나의 다량체 MHC 또는 방법으로서, 형광단-태그된 올리고는 5'-아미노 또는 3'-아미노 변형을 가지고 추가로 4FB로 변형되고 S-HyNic-변형된 백본과 결합된다.Embodiment 55. The multimeric MHC or method of any one of the preceding embodiments, wherein the fluorophore-tagged oligo has a 5'-amino or 3'-amino modification and is further modified with 4FB and with an S-HyNic-modified backbone are combined

구현예 56. 이전 구현예의 어느 하나의 다량체 MHC 또는 방법으로서, 형광단-태그된 올리고는 백본에 연결된 핵산 분자에 상보적이다.Embodiment 56. The multimeric MHC or method of any one of the preceding embodiments, wherein the fluorophore-tagged oligo is complementary to a nucleic acid molecule linked to the backbone.

구현예 57. 이전 구현예의 어느 하나의 다량체 MHC 또는 방법으로서, 형광단-태그된 올리고는 길이가 10개의 뉴클레오티드이다.Embodiment 57. The multimeric MHC or method of any one of the preceding embodiments, wherein the fluorophore-tagged oligo is 10 nucleotides in length.

구현예 58. 이전 구현예의 어느 하나의 다량체 MHC 또는 방법으로서, 백본은 형광단 표지된 항-스트렙타비딘 항체로 표지된다.Embodiment 58. The multimeric MHC or method of any one of the preceding embodiments, wherein the backbone is labeled with a fluorophore labeled anti-streptavidin antibody.

구현예 59. 이전 구현예의 어느 하나의 다량체 MHC 또는 방법으로서, 형광단은 형광 염료 또는 양자점이다.Embodiment 59. The multimeric MHC or method of any one of the preceding embodiments, wherein the fluorophore is a fluorescent dye or quantum dots.

구현예 60. 이전 구현예의 어느 하나의 다량체 MHC 또는 방법으로서, 적어도 하나의 핵산 분자는 DNA, RNA, 인공 뉴클레오티드, PNA 및 LNA로 이루어진 군에서 선택된 핵산 분자를 포함한다.Embodiment 60. The multimeric MHC or method of any one of the preceding embodiments, wherein the at least one nucleic acid molecule comprises a nucleic acid molecule selected from the group consisting of DNA, RNA, artificial nucleotides, PNA and LNA.

구현예 61. 이전 구현예의 어느 하나의 다량체 MHC 또는 방법으로서, 다량체 MHC는 동족 T 세포와 결합한다.Embodiment 61. The multimeric MHC or method of any one of the preceding embodiments, wherein the multimeric MHC binds to a cognate T cell.

구현예 62. 이전 구현예의 어느 하나의 다량체 MHC 또는 방법으로서, 다량체 MHC는 유세포 분석 애플리케이션과 양립할 수 있다.Embodiment 62. The multimeric MHC or method of any one of the preceding embodiments, wherein the multimeric MHC is compatible with flow cytometry applications.

구현예 63. 이전 구현예의 어느 하나의 다량체 MHC 또는 방법으로서, 유세포 분석 애플리케이션은 단일 세포 또는 대량(bulk) 세포 형광-활성화 세포 분류(FACS)이다.Embodiment 63. The multimeric MHC or method of any one of the preceding embodiments, wherein the flow cytometry application is single cell or bulk cell fluorescence-activated cell sorting (FACS).

구현예 64. 이전 구현예의 어느 하나의 다량체 MHC 또는 방법으로서, 다량체 MHC는 NGS-기반 애플리케이션과 양립할 수 있다.Embodiment 64. The multimeric MHC or method of any one of the preceding embodiments, wherein the multimeric MHC is compatible with NGS-based applications.

구현예 65. 이전 구현예의 어느 하나의 다량체 MHC 또는 방법으로서, NGS-기반 애플리케이션은 방울-기반 단일 세포 시퀀싱이다.Embodiment 65. The multimeric MHC or method of any one of the preceding embodiments, wherein the NGS-based application is droplet-based single cell sequencing.

구현예 66. 샘플에서 항원 반응성 세포를 검출하는 방법은 다음을 포함한다:Embodiment 66. A method of detecting antigen-reactive cells in a sample comprises:

a) 구현예 1-5, 8- 16, 23-26 및 32-63의 어느 하나에 따른 하나 이상의 다량체 주조직 적합성 복합체를 제공하는 단계;a) providing at least one multimeric major histocompatibility complex according to any one of embodiments 1-5, 8-16, 23-26 and 32-63;

b) 상기 다량체 MHC 분자를 상기 샘플에 접촉시키는 단계; 및b) contacting said multimeric MHC molecule to said sample; and

c) 다량체 MHC 분자와 상기 항원 반응성 세포의 결합을 검출하여, MHC 분자에 존재하는 항원에 반응하는 세포를 검출하는 단계로, 여기서 상기 결합은 백본 분자를 통해 하나 이상의 MHC 분자에 연결된 상기 핵산 분자의 바코드 영역을 증폭함으로써 검출되는 단계.c) detecting the binding of the multimeric MHC molecule to the antigen-reactive cell, thereby detecting a cell responsive to the antigen present in the MHC molecule, wherein the binding is linked to one or more MHC molecules via a backbone molecule. is detected by amplifying the barcode region of

구현예 67. 구현예 66의 방법으로서, 샘플은 혈액 샘플, 말초 혈액 샘플, 혈액 유래 샘플, 조직 샘플, 체액, 척수액 및 타액으로 이루어진 군에서 선택된다.Embodiment 67. The method of embodiment 66, wherein the sample is selected from the group consisting of a blood sample, a peripheral blood sample, a blood-derived sample, a tissue sample, bodily fluid, spinal fluid, and saliva.

구현예 68. 구현예 66 또는 67의 방법으로서, 샘플은 포유류로부터 수득된다.Embodiment 68. The method of embodiment 66 or 67, wherein the sample is obtained from a mammal.

구현예 69. 구현예 66-68의 어느 하나의 방법으로서, 방법은 유세포 분석, FACS, 마그네틱-비드 기반 선별, 크기-배제, 구배 원심 분리, 컬럼 부착 및 젤 여과로 이루어진 군에서 선택된 방법에 의한 세포 선별을 추가로 포함한다.Embodiment 69. The method of any one of embodiments 66-68, wherein the method is selected from the group consisting of flow cytometry, FACS, magnetic-bead based selection, size-exclusion, gradient centrifugation, column attachment, and gel filtration. further comprising cell selection.

구현예 70. 구현예 66-69의 어느 하나의 방법으로서, 증폭은 PCR이다.Embodiment 70. The method of any one of embodiments 66-69, wherein the amplification is PCR.

구현예 71. 구현예 66-70의 어느 하나의 방법으로서, 핵산 분자의 바코드 영역 검출은 바코드 영역의 시퀀싱 또는 qPCR에 의한 바코드 영역 검출을 포함한다.Embodiment 71. The method of any one of embodiments 66-70, wherein detecting the barcode region of the nucleic acid molecule comprises sequencing the barcode region or detecting the barcode region by qPCR.

실시예:Example:

현재 일반적으로 설명되고 있는 발명은, 본 발명의 특정 측면 및 구현예의 예시 목적으로만 포함되는 다음의 실시예를 참조하여 보다 쉽게 이해될 것이고, 이는 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.The invention, which is now generally described, will be more readily understood by reference to the following examples, which are included solely for the purpose of illustrating specific aspects and embodiments of the invention, which are not intended to limit the invention.

실시예 1: 바코딩된 pMHC 다량체 종의 구축 및 실험적 검증Example 1: Construction and Experimental Validation of Barcoded pMHC Multimeric Species

다음은 임의의 서열로 이루어진 올리고의 공유 및 비공유 결합을 설명한다. 공유 결합을 위해, 올리고 (예. 도 1)는 티오에테르 결합의 형성을 통해 스트렙타비딘에 결합되지만, 다른 화학 및 결합 형성이 이용될 수 있다. 이 특정 예에서, 공유 결합은 올리고 및 스트렙타비딘 모두를 공통의 이종이작용성(heterobifunctional) 링커에 연결하여 스트렙타비딘-올리고 결합체를 생성한다 (도 5). 스트렙타비딘에 비-공유적으로 결합된 올리고는 최적의 비율로 비오티닐화된 올리고를 스트렙타비딘과 혼합하고 원하는 스트렙타비딘-올리고 결합체 종의 HPLC 정제에 의해 달성될 수 있다 (도 5 및 도 9). 공유 및 비-공유 유래 스트렙타비딘-올리고 결합체 종은 후속적으로 pMHC 다량체화에 적용될 수 있다 (도 5). 이러한 pMHC 다량체 종은 pMHC-TCR 결합력 연구를 위해 상이한 조합으로 사용될 수 있다 (도 11에 기재된 바와 같음). 또한, 단일 서브 타입의 pMHC 다량체 (예. pMHC 삼량체만)는 표적 pMHC-TCR 결합력이 충분히 높아서 스트렙타비딘 당 3 및 4 개의 단량체 사이의 차이가 TCR 검출에 영향을 미치지 않는 것으로 알려진 경우라면, 대량 또는 단일 세포 시퀀싱 플랫폼에서 단독으로 사용될 수 있다. 비-공유적으로 파생된 스트렙타비딘-올리고 결합체를 사용하는 것의 장점은 화학적 결합을 중단하고 스트렙타비딘 당 단량체를 적게 사용하는 비용 절감에 있다.The following describes the covalent and non-covalent association of oligos of any sequence. For covalent bonding, the oligo (eg FIG. 1 ) binds to streptavidin via the formation of a thioether bond, although other chemistries and bond formations may be used. In this particular example, a covalent bond connects both the oligo and streptavidin to a common heterobifunctional linker to create a streptavidin-oligo conjugate ( FIG. 5 ). Oligo non-covalently bound to streptavidin can be achieved by mixing the biotinylated oligo with streptavidin in an optimal ratio and HPLC purification of the desired streptavidin-oligo conjugate species (Fig. 5 and Fig. 9). Covalently and non-covalently derived streptavidin-oligo conjugate species can subsequently be subjected to pMHC multimerization ( FIG. 5 ). These pMHC multimeric species can be used in different combinations for pMHC-TCR avidity studies (as described in FIG. 11 ). Furthermore, a single subtype of pMHC multimer (e.g. only pMHC trimer) has sufficiently high target pMHC-TCR avidity so that differences between 3 and 4 monomers per streptavidin are not known to affect TCR detection. , can be used alone in bulk or single-cell sequencing platforms. The advantage of using non-covalently derived streptavidin-oligo conjugates lies in the cost savings of breaking chemical bonds and using less monomer per streptavidin.

또 다른 예시로서, 보충 S-SS-4FB와 함께 Solulink 단백질-올리고뉴클레오티드 결합 키트가 사용될 수 있다. 스트렙타비딘은 S-HyNic으로 처음 변형되었다. 5'-아미노 변형 올리고는 S-SS-4FB로 변형되었다. 그 다음 변형된 올리고 및 변형된 스트렙타비딘은 결합되어 직접 바코딩된 스트렙타비딘을 생성하였다 (도 2). 대안적 결합 화학 접근법 및 재료 공급자는 바코딩 올리고를 단백질에 결합하고, 광절단성 연결을 포함하지만 이에 국한되지 않는 유도성 바코딩 올리고 해리를 허용하는데 사용될 수 있다. 실험은, 환원 조건 하에서 일시적으로 스트렙타비딘으로부터 올리고를 해리시키는 능력 (도 3)뿐만 아니라, 비오틴에 결합하는 바코딩된 스트렙타비딘의 능력(도 4)을 검증했다.As another example, the Solulink protein-oligonucleotide binding kit can be used with supplemental S-SS-4FB. Streptavidin was first modified with S-HyNic. The 5'-amino modified oligo was modified with S-SS-4FB. The modified oligo and modified streptavidin were then combined to directly barcoded streptavidin ( FIG. 2 ). Alternative binding chemistry approaches and material suppliers can be used to bind barcoded oligos to proteins and allow for inducible barcoded oligo dissociation, including but not limited to photocleavable linkages. Experiments validated the ability of barcoded streptavidin to bind biotin ( FIG. 4 ) as well as the ability to transiently dissociate oligos from streptavidin under reducing conditions ( FIG. 3 ).

실시예 2: 바코딩된 사량체의 형광단 기반 추적Example 2: Fluorophore-based tracking of barcoded tetramers

바코딩된 사량체는 단일 세포 및 대량 세포 분류 애플리케이션에 사용하기 위해 다양한 형광단 태깅 전략(도 6a-6c)과 조합될 수 있다.Barcoded tetramers can be combined with various fluorophore tagging strategies ( FIGS. 6A-6C ) for use in single cell and bulk cell sorting applications.

실시예 3: 바코딩된 사량체를 표적으로 하는 TCRExample 3: TCR targeting barcoded tetramers

바코딩된 pMHC 다량체는 설명된 동일한 결합 화학을 사용하여 TCRα 및/또는 TCRβ 불변 유전자 (도 17)를 표적화하도록 제조될 수 있다. 본 개시는 TCR 서열을 얻고 pMHC 정보를 매칭시키는데 관심이 있는 과학자에게 도움이 된다. 이 방법의 가장 큰 장점은 역-전사된 TCRα 및/또는 TCRβ 서열 모두가 pMHC 다량체 바코드를 포함하고 있기 때문에 하나의 라이브러리 준비만 필요하다는 것이다. 따라서, 단일 시퀀싱 판독은 TCR 서열과 pMHC 동일성 정보를 모두 포함한다. 이는 폴리-A-꼬리 또는 다른 캡쳐 서열-기반 라이브러리 준비 방법과 대조적으로, 더 작은 pMHC 바코드/항체 바코드 라이브러리는 별도로 처리되고 나중에 시퀀싱 시기에 mRNA-파생 라이브러리와 함께 결합된다. 본 개시에 설명된 TCR 표적화된 사량체는 단일 또는 대량 세포 분류에 사용하기 위해 형광단 검출과 조합될 수 있다 (도 6a-6c). 단일 세포 분류는 TCR 클론성 연구(도 18-20)뿐만 아니라, TCRα 및 TCRβ 쌍을 이룬 서열을 분류된 세포의 기원에 잠재적으로 연결할 수 있게 한다 (도 18, 21, 22).Barcoded pMHC multimers can be prepared to target TCRα and/or TCRβ constant genes ( FIG. 17 ) using the same binding chemistries described. The present disclosure is helpful to scientists interested in obtaining TCR sequences and matching pMHC information. The main advantage of this method is that only one library preparation is required since both reverse-transcribed TCRα and/or TCRβ sequences contain the pMHC multimeric barcode. Thus, a single sequencing read contains both the TCR sequence and pMHC identity information. This is in contrast to poly-A-tail or other capture sequence-based library preparation methods, where the smaller pMHC barcode/antibody barcode library is processed separately and later combined with the mRNA-derived library at sequencing time. The TCR-targeted tetramers described in this disclosure can be combined with fluorophore detection for use in single or bulk cell sorting ( FIGS. 6A-6C ). Single cell sorting allows TCR clonal studies (Figures 18-20) as well as potentially linking TCRα and TCRβ paired sequences to the origin of sorted cells (Figures 18, 21, 22).

실시예 4: 맞춤형 TCR 방울-기반 시퀀싱Example 4: Custom TCR Droplet-Based Sequencing

다른 구현예에서, 바코딩된 pMHC 다량체는 pMHC 다량체-결합된 올리고가 pMHC 다량체 바코드 서열 및 PCR 핸들 서열과 함께 주형 스위치 서열을 포함하도록 제조될 수 있다 (도 23). 이것의 핵심은 스위치 올리고 서열이 MMLV 역전사 효소에 의해 추가된 데옥시시티딘(deoxycytidines)에 결합하기위해 3' 리보구아노신의 3' 스트레치를 포함한다는 것이다. 이 시나리오에서, 방울-기반 비즈 (하이드로겔 비즈, 경질 비즈 또는 용해성 비즈를 포함하지만 이에 국한되지 않음)는 전형적인 세포 바코드 및 PCR 핸들 서열을 사용하여 TCRα 및/또는 TCRβ 불변 유전자 상보적 올리고에 맞춤 결합될 것이다. UMI는 PCR 중복 제거를 위해 임의의 올리고 서열에 포함될 수 있다. TCRα 및 TCRβ 표적 올리고를 가진 비즈는 주어진 비드에 대해 동일한 바코드를 포함한다. 비드 및 pMHC 다량체 양성 T 세포를 모두 포함하는 단일 방울 내에서, MMLV 역전사 효소를 사용한 역전사는 TCR mRNA로부터 V(D)J 서열을 갖는 비드-기반 올리고를 확장할 뿐만 아니라, pMHC 다량체 바코드 및 PCR 핸들을 보유하는 주형 스위칭 올리고 서열을 포함한다. 후속 2차 가닥 합성 및 PCR 증폭은 시퀀싱을 위한 라이브러리 준비를 완료한다. 비드 올리고 및 pMHC 다량체 바코딩/주형 스위칭 올리고에 대한 올리고 서열, 길이 및 변형 (잠금 핵산(locked nucleic acid) 염기의 사용을 포함하지만 이에 국한되지 않음)은 변경될 수 있다. 이 구현예는 다른 역전사 효소 유도체와 양립될 수 있다. 이 시스템은 몇 가지 주요 이점을 갖는다. 하나는 TCR 서열과 pMHC 바코드 서열만 얻어져, 전체 전사체를 시퀀싱할 필요가 없다는 것이다. 또 다른 장점은 사량체 바코드 서열과 TCR 서열이 모두 동일한 전사체에 있기 때문에 단 하나의 라이브러리 준비만 필요하다는 것이다. 또 다른 장점은 TCRα 및 TCRβ 비드 올리고가 모두 사용되면, 각 방울 내 고유한 세포 바코드 서열 때문에 둘 다 자동으로 페어링된다는 것이다. 마지막으로, pMHC 다량체 양성 T세포만이 2개의 PCR 핸들 중 하나를 포함하는 주형 스위치/pMHC 다량체 바코딩된 올리고를 포함하기 때문에, pMHC 다량체 양성 T 세포만이 시퀀싱 라이브러리에 기여한다.In another embodiment, barcoded pMHC multimers can be prepared such that the pMHC multimer-linked oligos comprise a template switch sequence along with a pMHC multimer barcode sequence and a PCR handle sequence ( FIG. 23 ). The key to this is that the switch oligo sequence contains a 3' stretch of 3' riboguanosine to bind deoxycytidines added by MMLV reverse transcriptase. In this scenario, droplet-based beads (including but not limited to hydrogel beads, hard beads or soluble beads) are custom-bound to TCRα and/or TCRβ constant gene complementary oligos using typical cellular barcodes and PCR handle sequences. will be UMI can be included in any oligo sequence for PCR deduplication. Beads with TCRα and TCRβ targeting oligos contain the same barcode for a given bead. Within a single drop containing both beads and pMHC multimer positive T cells, reverse transcription with MMLV reverse transcriptase not only expands bead-based oligos with V(D)J sequences from TCR mRNA, but also pMHC multimer barcodes and Contains a template switching oligo sequence carrying a PCR handle. Subsequent secondary strand synthesis and PCR amplification complete library preparation for sequencing. Oligo sequences, lengths and modifications (including but not limited to the use of locked nucleic acid bases) for bead oligos and pMHC multimeric barcoding/template switching oligos can be altered. This embodiment is compatible with other reverse transcriptase derivatives. This system has several key advantages. One is that only the TCR sequence and the pMHC barcode sequence are obtained, eliminating the need to sequence the entire transcript. Another advantage is that only one library preparation is required since both the tetrameric barcode sequence and the TCR sequence are in the same transcript. Another advantage is that when both TCRα and TCRβ bead oligos are used, both automatically pair because of the unique cellular barcode sequence within each droplet. Finally, only pMHC multimer positive T cells contribute to the sequencing library, as only pMHC multimer positive T cells contain a template switch/pMHC multimer barcoded oligo containing one of the two PCR handles.

참고문헌에 의한 통합Integration by reference

본원에 언급된 모든 간행물, 특허 및 특허 출원은 각각의 개별 간행물, 특허 또는 특허 출원이 참고문헌으로 포함되도록 구체적이고 개별적으로 표시된 것처럼, 전체적으로 참조문헌에 통합된다. 상충되는 경우, 여기에 정의된 정의를 포함하여, 본 출원이 우선한다.All publications, patents, and patent applications mentioned herein are incorporated by reference in their entirety as if each individual publication, patent, or patent application was specifically and individually indicated to be incorporated by reference. In case of conflict, this application, including definitions defined herein, will control.

1. Bentzen, A.K., et al., Large-scale detection of antigen-specific T cells using peptide-MHC-I multimers labeled with DNA barcodes. Nat Biotechnol, 2016. 34(10): p. 1037-1045.One. Bentzen, A.K., et al., Large-scale detection of antigen-specific T cells using peptide-MHC-I multimers labeled with DNA barcodes. Nat Biotechnol, 2016. 34(10): p. 1037-1045.

2. Stoeckius, M., et al., Simultaneous epitope and transcriptome measurement in single cells. Nat Methods, 2017. 14(9): p. 865-868.2. Stoeckius, M., et al., Simultaneous epitope and transcriptome measurement in single cells. Nat Methods, 2017. 14(9): p. 865-868.

3. Peterson, V.M., et al., Multiplexed quantification of proteins and transcripts in single cells. Nat Biotechnol, 2017. 35(10): p. 936-939.3. Peterson, V. M., et al., Multiplexed quantification of proteins and transcripts in single cells. Nat Biotechnol, 2017. 35(10): p. 936-939.

4. Zhang, S.Q., et al., High-throughput determination of the antigen specificities of T cell receptors in single cells. Nat Biotechnol, 2018.4. Zhang, S. Q., et al., High-throughput determination of the antigen specificities of T cell receptors in single cells. Nat Biotechnol, 2018.

5. Dahotre, S.N., et al., DNA-Barcoded pMHC Tetramers for Detection of Single Antigen-Specific T Cells by Digital PCR. Anal Chem, 2019. 91(4): p. 2695-2700.5. Dahotre, S.N., et al., DNA-Barcoded pMHC Tetramers for Detection of Single Antigen-Specific T Cells by Digital PCR. Anal Chem, 2019. 91(4): p. 2695-2700.

6. Altman, J.D. and M.M. Davis, MHC-Peptide Tetramers to Visualize Antigen-Specific T Cells. Curr Protoc Immunol, 2016. 115: p. 17 3 1-17 3 44.6. Altman, J.D. and M.M. Davis, MHC-Peptide Tetramers to Visualize Antigen-Specific T Cells. Curr Protoc Immunol, 2016. 115: p. 17 3 1-17 3 44.

7. Krogsgaard, M. AAI 2019, Abstract 194.58. 7. Krogsgaard, M. AAI 2019, Abstract 194.58.

8. Krummey, S.M., et al., Low-Affinity Memory CD8+ T Cells Mediate Robust Heterologous Immunity. J Immunol, 2016. 196(6): p. 2838-46.8. Krummey, S. M., et al., Low-Affinity Memory CD8+ T Cells Mediate Robust Heterologous Immunity. J Immunol, 2016. 196(6): p. 2838-46.

9. Zhou, Z.X., et al., Mapping genomic hotspots of DNA damage by a single-strand-DNA-compatible and strand-specific ChIP-seq method. Genome Res, 2013. 23(4): p. 705-15.9. Zhou, Z.X., et al., Mapping genomic hotspots of DNA damage by a single-strand-DNA-compatible and strand-specific ChIP-seq method. Genome Res, 2013. 23(4): p. 705-15.

균등물equivalent

통상의 기술자는 통상적인 실험만을 사용하여 본원에 설명된 본 발명에 포함된 특정 구현예에 대한 많은 균등물을 인식하거나 확인할 수 있을 것이다. 이러한 균등물은 다음의 청구범위에 포함되도록 의도된다.Those skilled in the art will recognize, or be able to ascertain using no more than routine experimentation, many equivalents to the specific embodiments encompassed by the invention described herein. Such equivalents are intended to be encompassed by the following claims.

Claims (76)

적어도 하나의 조정 가능한 pMHC 본체 (entity)를 포함하는 펩타이드-주조직 적합성 복합체 (pMHC) 바코딩된 다량체로서, 상기 pMHC 본체는 다음을 포함하는 것인 펩타이드-주조직 적합성 복합체 (pMHC) 바코딩된 다량체:
백본 분자에 의해 연결된 적어도 하나의 pMHC 분자: 및
공유 또는 비-공유 결합된 결합체를 포함하는, 백본 분자당 적어도 하나의 핵산 분자.
A peptide-major histocompatibility complex (pMHC) barcoded multimer comprising at least one tunable pMHC entity, wherein the pMHC body comprises a peptide-major histocompatibility complex (pMHC) barcoding Multimer:
at least one pMHC molecule linked by a backbone molecule: and
At least one nucleic acid molecule per backbone molecule comprising a covalently or non-covalently linked binder.
청구항 1에 있어서, 상기 핵산 분자는 다음을 포함하는, pMHC 다량체:
pMHC 바코딩 뉴클레오티드의 중앙 스트레치 및
표적 올리고에 상보성을 갖는 뉴클레오티드의 두 번째 스트레치.
The pMHC multimer of claim 1 , wherein the nucleic acid molecule comprises:
a central stretch of pMHC barcoded nucleotides and
A second stretch of nucleotides with complementarity to the target oligo.
청구항 2에 있어서, NGS에서 사용하기 위한 것인, pMHC 다량체.The pMHC multimer according to claim 2 for use in NGS. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 백본 분자는 스트렙타비딘인, pMHC 다량체.4. The pMHC multimer according to any one of claims 1 to 3, wherein the backbone molecule is streptavidin. 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다량체는 백본 분자당 적어도 1개, 적어도 2개, 적어도 3개 또는 적어도 4개의 pMHC 본체를 포함하는, pMHC 다량체.5. The pMHC multimer of any one of claims 1 to 4, wherein the multimer comprises at least 1, at least 2, at least 3 or at least 4 pMHC bodies per backbone molecule. 청구항 1 내지 5 중 어느 한 항에 있어서, T 세포 수용체 (TCR)-pMHC 결합력을 모니터링하는데 사용하기 위한 것인, pMHC 다량체.6. The pMHC multimer according to any one of claims 1 to 5, for use in monitoring T cell receptor (TCR)-pMHC avidity. 청구항 1 내지 6 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스트렙타비딘은 적어도 하나의 핵산 분자에 공유 결합되어, 스트렙타비딘 당 적어도 4개의 MHC 단량체를 제공하는 것인, pMHC 다량체.7. The pMHC multimer of any one of claims 1 to 6, wherein the streptavidin is covalently bound to at least one nucleic acid molecule to provide at least 4 MHC monomers per streptavidin. 청구항 1 내지 6 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스트렙타비딘은 적어도 하나의 핵산 분자에 비-공유적으로 결합되고, 상기 핵산 분자는 비오티닐화되고, 적어도 하나의 비오티닐화된 핵산 분자 및 스트렙타비딘은 비율로 복합체화되며, 상기 비율은 하기로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인, pMHC 다량체:
1 스트렙타비딘: 1 올리고,
1 스트렙타비딘: 2 올리고, 및
1 스트렙타비딘: 3 올리고.
7. The method of any one of claims 1 to 6, wherein the streptavidin is non-covalently bound to at least one nucleic acid molecule, wherein the nucleic acid molecule is biotinylated, at least one biotinylated nucleic acid molecule and strep Tavidin is complexed in a ratio, wherein the ratio is selected from the group consisting of:
1 streptavidin: 1 oligo;
1 streptavidin: 2 oligos, and
1 streptavidin: 3 oligos.
청구항 1에 있어서, pMHC 다량체는 HPLC 정제 공정에 의해 제조되는 것인, pMHC 다량체.The pMHC multimer of claim 1 , wherein the pMHC multimer is prepared by an HPLC purification process. 청구항 1 내지 9 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스트렙타비딘은 적어도 하나의 핵산 분자에 공유 결합되고, 상기 핵산 분자는 바코드 및 적어도 하나의 비오틴 결합 부위를 포함하며, 상기 결합 부위는 비오티닐화된 펩타이드, 비오티닐화된 단백질, 비오티닐화된 중합체, 비오티닐화된 형광단, 비오티닐화된 절단성 올리고 또는 비오티닐화된 제제를 포함하는 것인, pMHC 다량체.10. The method of any one of claims 1 to 9, wherein the streptavidin is covalently bound to at least one nucleic acid molecule, the nucleic acid molecule comprising a barcode and at least one biotin binding site, wherein the binding site is biotinylated. A pMHC multimer comprising a peptide, a biotinylated protein, a biotinylated polymer, a biotinylated fluorophore, a biotinylated cleavable oligo or a biotinylated agent. 청구항 1 내지 10 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 핵산 분자는 5' PCR 핸들 영역, 중앙 바코드 영역, 선택적으로 UMI, 또는 선택적으로 적어도 10개의 연속 아데닌의 3' 폴리-A 꼬리 영역으로 구성되는 것인, pMHC 다량체.11. The method of any one of claims 1-10, wherein said at least one nucleic acid molecule consists of a 5' PCR handle region, a central barcode region, optionally a UMI, or optionally a 3' poly-A tail region of at least 10 consecutive adenines. which is a pMHC multimer. 청구항 1 내지 11 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 핵산 3' 말단 꼬리는 표적 올리고 서열에 상보적인 임의의 서열로 구성되는 것인, pMHC 다량체.12. The pMHC multimer of any one of claims 1-11, wherein the at least one nucleic acid 3' terminal tail consists of any sequence complementary to a target oligo sequence. 청구항 1 내지 12 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 핵산 분자는 길이가 약 10 - 200 개 뉴클레오티드 또는 그 이상인 것인, pMHC 다량체.13. The pMHC multimer of any one of claims 1-12, wherein the at least one nucleic acid molecule is about 10-200 nucleotides or more in length. 청구항 1 내지 13 중 어느 한 항에 따른 복수의 pMHC 다량체의 서브세트를 포함하는 조성물로서, pMHC 다량체의 각 서브세트는 상이한 펩타이드에 결합하고 상응하는 바코드 영역 서열을 갖는 것인, 조성물.A composition comprising a subset of a plurality of pMHC multimers according to any one of claims 1 to 13, wherein each subset of the pMHC multimers binds a different peptide and has a corresponding barcode region sequence. 다음을 포함하는, 특정 MHC 분자를, 상응하는 TCRα 및/또는 TCRβ서열에 연결하는 방법:
a) 청구항 1 내지 13 중 어느 하나에 따른 pMHC 다량체 분자, T 세포, 및 5' PCR 핸들, 중앙 세포 바코드, UMI 및 미끼서열을 포함하는 결합 표적 올리고에 연결된 입자를 포함하는 테스트 샘플을 형성하는 단계;
b) 각 방울이 단 하나의 입자 그리고 하나 이상의 pMHC 다량체 분자에 결합된 하나의 T 세포를 포함하도록 테스트 샘플로부터 방울을 형성하는 단계;
c) 각 방울에서 T 세포 cDNA 라이브러리 및 pMHC 바코드 라이브러리를 생성하는 단계; 및
d) T 세포 mRNA 라이브러리와 MCH 바코드 라이브러리를 모두 시퀀싱하여, 특정 MHC 분자를 상응하는T 세포 전사체와 연결하는 단계.
A method of linking a particular MHC molecule to the corresponding TCRα and/or TCRβ sequence, comprising:
a) forming a test sample comprising a pMHC multimeric molecule according to any one of claims 1 to 13, a T cell, and a particle linked to a binding target oligo comprising a 5' PCR handle, a central cell barcode, a UMI and a bait sequence step;
b) forming droplets from the test sample such that each droplet contains only one particle and one T cell bound to one or more pMHC multimeric molecules;
c) generating a T cell cDNA library and a pMHC barcode library from each drop; and
d) sequencing both the T cell mRNA library and the MCH barcode library to link specific MHC molecules with the corresponding T cell transcript.
청구항 15에 있어서, 상기 미끼 서열은 3' 폴리-(dT)인, 방법.16. The method of claim 15, wherein the bait sequence is 3' poly-(dT). 다음을 포함하는 다량체 pMHC:
백본 분자에 의해 연결된 둘 이상의 MHC 분자; 및
상기 백본에 연결된 적어도 하나의 핵산 분자로, 핵산의 중앙 스트레치 (바코드 영역), 및 주형 스위치 올리고 서열을 포함하는 핵산 분자.
Multimeric pMHC comprising:
two or more MHC molecules linked by a backbone molecule; and
A nucleic acid molecule comprising at least one nucleic acid molecule linked to said backbone, a central stretch of nucleic acid (barcode region), and a template switch oligo sequence.
청구항 17에 있어서, 백본에 연결된 제 1형 핵산 분자를 포함하고; 상기 제 1형의 핵산 분자는 중앙 바코드 영역 및 TCRα 또는 TCRβ 불변 유전자에 상보적인 뉴클레오티드 서열을 포함하는 것인, 다량체 pMHC. 18. The method of claim 17, comprising a type 1 nucleic acid molecule linked to a backbone; wherein the nucleic acid molecule of type 1 comprises a central barcode region and a nucleotide sequence complementary to a TCRα or TCRβ constant gene. 청구항 17에 있어서, 백본에 연결된 제 1및 제 2형의 핵산 분자를 포함하고; 여기서
상기 제 1형 핵산분자는 중앙 바코드 영역 및 TCRα 불변 유전자에 상보적인 뉴클레오티드 서열을 포함하고,
제 2형 핵산 분자는 중앙 바코드 영역 및 TCRβ불변 유전자에 상보적인 뉴클레오티드 서열을 포함하고;
두 종류의 핵산 분자의 바코드 영역은 동일한 서열을 가지고;
선택적으로 두 종류의 핵산 분자 각각에 대한 UMI 서열은 무작위적이며 따라서 각각의 핵산의 동일한 영역에 위치하더라도 서로 상이한 것인, 다량체 pMHC.
18. The method of claim 17, comprising nucleic acid molecules of type 1 and type 2 linked to a backbone; here
The type 1 nucleic acid molecule comprises a central barcode region and a nucleotide sequence complementary to the TCRα constant gene,
the type 2 nucleic acid molecule comprises a central barcode region and a nucleotide sequence complementary to the TCRβ constant gene;
The barcode regions of the two types of nucleic acid molecules have the same sequence;
optionally wherein the UMI sequences for each of the two types of nucleic acid molecules are random and thus different from each other even though they are located in the same region of each nucleic acid.
청구항 17 내지 19 중 어느 한 항에 있어서, 상기 핵산 분자는 5' PCR 핸들, 중앙 바코드 영역, UMI 및 TCR 불변 유전자에 상보적인 3' 뉴클레오티드 서열을 포함하는 것인, 다량체 pMHC.20. The multimeric pMHC according to any one of claims 17 to 19, wherein the nucleic acid molecule comprises a 3' nucleotide sequence complementary to a 5' PCR handle, a central barcode region, UMI and TCR constant genes. 청구항 17 내지 20 중 어느 한 항에 있어서, 상기 핵산 분자는 TCR 불변 유전자의 5' 말단에 상보적인 뉴클레오티드 서열을 포함하는 것인, 다량체 pMHC.21. The multimeric pMHC of any one of claims 17-20, wherein the nucleic acid molecule comprises a nucleotide sequence complementary to the 5' end of the TCR constant gene. 청구항 17 내지 21 중 어느 한 항에 있어서, 상기 TCR 불변 유전자는 TCRα 불변 유전자, TCRβ불변 1 유전자 또는 TCRβ불변 2 유전자인, 다량체 MHC.22. The multimeric MHC according to any one of claims 17 to 21, wherein the TCR constant gene is a TCRα constant gene, a TCRβ constant 1 gene or a TCRβ constant 2 gene. 청구항 17 내지 22 중 어느 한 항에 있어서, 상기 5' 말단 및/또는 3' 말단 핵산 분자는 백본 분자에 연결되는 것인, 다량체 MHC.23. The multimeric MHC according to any one of claims 17 to 22, wherein the 5' terminal and/or 3' terminal nucleic acid molecule is linked to a backbone molecule. 청구항 17 내지 23 중 어느 한 항에 있어서, 상기 핵산 분자는 바코드 영역에 인접한 고유 분자 식별자 (UMI)를 추가로 포함하는 것인, 다량체 MHC.24. The multimeric MHC of any one of claims 17-23, wherein the nucleic acid molecule further comprises a unique molecular identifier (UMI) adjacent to the barcode region. 청구항 17 내지 24 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 핵산 분자는 길이가 약 10 - 200 개의 뉴클레오티드 또는 그 이상인 것인, 다량체 MHC.25. The multimeric MHC of any one of claims 17-24, wherein the at least one nucleic acid molecule is about 10-200 nucleotides or more in length. 청구항 17 내지 25 중 어느 한 항에 따른 복수의 다량체 pMHC 서브세트를 포함하고, 상기 다량체 MHC의 각 서브세트는 상이한 펩타이드에 결합하고 상응하는 바코드 영역 서열을 갖는 것인, 조성물.26. A composition comprising a plurality of multimeric pMHC subsets according to any one of claims 17 to 25, wherein each subset of multimeric MHCs binds a different peptide and has a corresponding barcode region sequence. 다음을 포함하는, 특정 MHC 분자를 상응하는 TCRα 및/또는 TCRβ서열에 연결하는 방법:
a) 청구항 17 내지 25 중 어느 한 항에 따른 하나 이상의 다량체 pMHC를 제공하는 단계;
b) 상기 다량체 MHC 분자를 T 세포와 접촉시키는 단계;
c) 다량체 MHC 분자에 결합하지 않은 세포로부터 다량체 MHC 분자에 결합된 T 세포를 분리하는 단계;
d) 분리된 T 세포를 용해하는 단계;
e) 각 DNA 분자가 TCRα 및/또는 TCRβ유전자의 서열과 pMHC 바코드를 포함하는 DNA 라이브러리를 생성하는 단계; 및
f) DNA 라이브러리를 시퀀싱하여, 특정 pMHC 분자를 상응하는 TCRα 및/또는 TCRβ서열에 연결하는 단계.
A method of linking a particular MHC molecule to the corresponding TCRα and/or TCRβ sequence, comprising:
a) providing at least one multimeric pMHC according to any one of claims 17 to 25;
b) contacting said multimeric MHC molecule with a T cell;
c) isolating the T cells bound to the multimeric MHC molecule from the cells not bound to the multimeric MHC molecule;
d) lysing the isolated T cells;
e) generating a DNA library in which each DNA molecule comprises a sequence of TCRα and/or TCRβ genes and a pMHC barcode; and
f) sequencing the DNA library to link specific pMHC molecules to the corresponding TCRα and/or TCRβ sequences.
청구항 27에 있어서, 상기 단계 c)는 FACS 분류(sorting) 또는 마그네틱 비드-기반 분리에 의해 달성되는 것인, 방법.28. The method of claim 27, wherein step c) is accomplished by FACS sorting or magnetic bead-based separation. 청구항 27 또는 28에 있어서, 상기 다량체 pMHC 분자는 직접 또는 간접적으로 형광 표지되는 것인, 방법.29. The method of claim 27 or 28, wherein the multimeric pMHC molecule is directly or indirectly fluorescently labeled. 청구항 27 내지 29 중 어느 한 항에 있어서, 상기 바코딩된 pMHC 분자에 결합된 T 세포는 단일 수집 튜브에서 대량 분류되는 것인, 방법.30. The method of any one of claims 27-29, wherein the T cells bound to the barcoded pMHC molecule are mass sorted in a single collection tube. 청구항 27 내지 30 중 어느 한 항에 있어서, 상기 바코딩된 pMHC 분자와 결합된 동족 T 세포는 단일 세포로서 개별 플레이트 웰로 분류되는 것인, 방법.31. The method of any one of claims 27-30, wherein the cognate T cells bound to the barcoded pMHC molecule are sorted into individual plate wells as single cells. 다음을 포함하는 다량체 pMHC:
백본 분자에 의해 연결된 하나 이상의 pMHC 분자; 및
상기 백본에 연결된 적어도 하나의 핵산 분자로, 증폭되도록 설계된 핵산의 중앙 스트레치 (바코드 영역), 및 주형 스위치 올리고 서열을 포함하는 핵산 분자.
Multimeric pMHC comprising:
one or more pMHC molecules linked by backbone molecules; and
A nucleic acid molecule comprising at least one nucleic acid molecule linked to said backbone, a central stretch (barcode region) of a nucleic acid designed to be amplified, and a template switch oligo sequence.
청구항 32에 있어서, 상기 핵산 분자는 5' PCR 핸들, 중앙 바코드 영역, UMI 및 3' 주형 스위치 올리고 서열을 포함하는 것인, 다량체 pMHC.33. The multimeric pMHC of claim 32, wherein the nucleic acid molecule comprises a 5' PCR handle, a central barcode region, a UMI and a 3' template switch oligo sequence. 청구항 32 또는 33에 있어서, 상기 주형 스위치 올리고 서열은 3개의 리보구아노신의 3' 스트레치를 포함하는 것인, 다량체 pMHC.34. The multimeric pMHC of claim 32 or 33, wherein the template switch oligo sequence comprises a 3' stretch of three riboguanosines. 청구항 32 내지 34 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 핵산 분자는 길이가 약 10 - 200 개 뉴클레오티드이거나 더 긴 것인, 다량체 pMHC.35. The multimeric pMHC of any one of claims 32-34, wherein the at least one nucleic acid molecule is about 10-200 nucleotides in length or greater. 청구항 32 내지 35 중 어느 한 항에 따른 복수의 다량체 pMHC 서브세트를 포함하고, 상기 다량체 pMHC의 각 서브세트는 상이한 펩타이드에 결합하고 상응하는 바코드 영역 서열을 갖는 것인, 조성물.36. A composition comprising a plurality of multimeric pMHC subsets according to any one of claims 32 to 35, wherein each subset of multimeric pMHCs binds a different peptide and has a corresponding barcode region sequence. 다음을 포함하는, 특정 pMHC 분자를 상응하는 TCRα 및/또는 TCRβ서열에 연결하는 방법:
a) 청구항 32 내지 35 중 어느 하나에 따른 복수의 pMHC 다량체 분자, T 세포 및 5' PCR 핸들, 중앙 세포 바코드, UMI 및 TCR 불변 유전자에 상보적인 3' 뉴클레오티드 서열을 포함하는 올리고에 결합된 비즈를 포함하는 테스트 샘플을 형성하는 단계;
b) 각 방울이 단 하나의 비드 그리고 하나 이상의 다량체 MHC 분자에 결합된 하나의 T 세포를 포함하도록 테스트 샘플로부터 방울을 형성하는 단계;
c) 각 DNA 분자가 TCRα 및/또는 TCRβ유전자의 서열과 pMHC 바코드를 포함하는 DNA 라이브러리를 생성하는 단계; 및
d) DNA 라이브러리를 시퀀싱하여, 특정 pMHC 분자를 상응하는 TCRα 및/또는 TCRβ서열에 연결하는 단계.
A method of linking a particular pMHC molecule to the corresponding TCRα and/or TCRβ sequence, comprising:
a) beads bound to an oligo comprising a plurality of pMHC multimeric molecules according to any one of claims 32 to 35, a T cell and a 3' nucleotide sequence complementary to a 5' PCR handle, a central cell barcode, UMI and TCR constant genes Forming a test sample comprising;
b) forming droplets from the test sample such that each droplet contains only one bead and one T cell bound to one or more multimeric MHC molecules;
c) generating a DNA library in which each DNA molecule comprises a sequence of TCRα and/or TCRβ genes and a pMHC barcode; and
d) sequencing the DNA library to link specific pMHC molecules to the corresponding TCRα and/or TCRβ sequences.
청구항 37에 있어서, 상기 비드는 하이드로겔 비드, 경질 비드 및 용해성 비드로부터 선택되는 것인, 방법.38. The method of claim 37, wherein the beads are selected from hydrogel beads, hard beads and soluble beads. 청구항 37 또는 38에 있어서, 상기 비드는 2 개의 올리고에 결합되고, 상기 첫 번째 올리고는 5' PCR 핸들, 중앙 세포 바코드, UMI 및 TCRα 불변 유전자에 상보적인 3' 뉴클레오티드 서열을 포함하고; 두 번째 올리고는 5' PCR 핸들, 중앙 세포 바코드, UMI 및 TCRβ불변 유전자에 상보적인 3' 뉴클레오티드 서열을 포함하고; 2개의 올리고에 대한 중앙 세포 바코드는 동일한 서열을 갖는 것인, 방법.39. The method of claim 37 or 38, wherein the bead is bound to two oligos, the first oligo comprising a 3' nucleotide sequence complementary to a 5' PCR handle, a central cell barcode, UMI and TCRα constant genes; the second oligo contains a 3' nucleotide sequence complementary to the 5' PCR handle, central cell barcode, UMI and TCRβ constant genes; and the central cell barcodes for the two oligos have the same sequence. 청구항 37 내지 39의 어느 한 항에 있어서, 상기 DNA 라이브러리 제조 단계 c)는 MMLV 역전사 효소를 사용한 TCR mRNA 역전사를 포함하는 것인, 방법.40. The method according to any one of claims 37 to 39, wherein step c) of preparing the DNA library comprises reverse transcription of TCR mRNA using MMLV reverse transcriptase. 이전 청구항의 어느 한 항에 있어서, 상기 PCR 핸들은 바코드 서열의 라이브러리 제조를 가능하게 하는 것인, 다량체 pMHC 또는 방법.The multimeric pMHC or method according to any one of the preceding claims, wherein the PCR handle enables the preparation of a library of barcode sequences. 이전 청구항의 어느 한 항에 있어서, 상기PCR 핸들은 i7 어댑터 서열을 갖는 것인, 다량체 pMHC 또는 방법.The multimeric pMHC or method according to any one of the preceding claims, wherein the PCR handle has an i7 adapter sequence. 이전 청구항의 어느 한 항에 있어서, 상기 바코드 영역은 적어도 4개의 뉴클레오티드를 포함하는 것인, 다량체 pMHC 또는 방법.The multimeric pMHC or method according to any one of the preceding claims, wherein the barcode region comprises at least 4 nucleotides. 이전 청구항의 어느 한 항에 있어서, 상기 pMHC 분자는 스트렙타비딘-비오틴 결합을 통해, MHC 중쇄를 통해, 또는 MHC 경쇄(b2M)를 통해 백본에 연결되는 것인, 다량체 pMHC 또는 방법.The multimeric pMHC or method according to any one of the preceding claims, wherein the pMHC molecule is linked to the backbone via a streptavidin-biotin bond, via an MHC heavy chain, or via an MHC light chain (b2M). 이전 청구항의 어느 한 항에 있어서, 상기 MHC 분자는 스트렙타비딘-비오틴 결합을 통해서 백본에 연결되는 것인, 다량체 pMHC 또는 방법.The multimeric pMHC or method according to any one of the preceding claims, wherein the MHC molecule is linked to the backbone via a streptavidin-biotin bond. 이전 청구항의 어느 한 항에 있어서, 상기 다량체 pMHC는 적어도 하나의 MHC 분자를 포함하는 것인, 다량체 pMHC 또는 방법.The multimeric pMHC or method according to any one of the preceding claims, wherein the multimeric pMHC comprises at least one MHC molecule. 이전 청구항의 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 핵산 분자는 화학적 변형을 추가로 포함하는 것인, 다량체 pMHC 또는 방법.The multimeric pMHC or method according to any one of the preceding claims, wherein the at least one nucleic acid molecule further comprises a chemical modification. 이전 청구항의 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나 핵산의 5' 또는 3' 말단은 스페이서를 통해서 아미노기에 부착되는 것인, 다량체 pMHC 또는 방법.The multimeric pMHC or method according to any one of the preceding claims, wherein the 5' or 3' end of the at least one nucleic acid is attached to an amino group via a spacer. 이전 청구항의 어느 한 항에 있어서, 상기 스페이서는 6-탄소 스페이서 또는 12-탄소 스페이서인, 다량체 pMHC 또는 방법.The multimeric pMHC or method according to any one of the preceding claims, wherein the spacer is a 6-carbon spacer or a 12-carbon spacer. 이전 청구항의 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 핵산 분자는 5' 말단 및/또는 3' 말단에 포스포로티오화된 뉴클레오티드를 포함하는 것인, 다량체 pMHC 또는 방법.The multimeric pMHC or method according to any one of the preceding claims, wherein the at least one nucleic acid molecule comprises phosphorothioated nucleotides at the 5' and/or 3' ends. 이전 청구항의 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 핵산 분자와 백본 분자 사이의 연결은 핵산 분자의 유도성 해리를 허용하는 것인, 다량체 pMHC 또는 방법.The multimeric pMHC or method according to any one of the preceding claims, wherein the linkage between the at least one nucleic acid molecule and the backbone molecule allows for inducible dissociation of the nucleic acid molecule. 이전 청구항의 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 핵산 분자는 공유 또는 비-공유 결합을 통해 백본 분자에 연결되는 것인, 다량체 pMHC 또는 방법.The multimeric pMHC or method according to any one of the preceding claims, wherein the at least one nucleic acid molecule is linked to the backbone molecule via a covalent or non-covalent bond. 이전 청구항의 어느 한 항에 있어서, 상기 공유 결합은 티오에테르인, 다량체 pMHC 또는 방법.The multimeric pMHC or method according to any one of the preceding claims, wherein the covalent bond is a thioether. 이전 청구항의 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 핵산 분자는 유도성 절단성 결합을 통해 백본 분자에 연결되는 것인, 다량체 pMHC 또는 방법.The multimeric pMHC or method according to any one of the preceding claims, wherein the at least one nucleic acid molecule is linked to the backbone molecule via an inducible cleavable bond. 이전 청구항의 어느 한 항에 있어서, 상기 유도성 절단성 결합은 광절단성이거나, 이황화 결합을 포함하는 것인, 다량체 pMHC 또는 방법.The multimeric pMHC or method according to any one of the preceding claims, wherein the inducibly cleavable bond is photocleavable or comprises a disulfide bond. 이전 청구항의 어느 한 항에 있어서, 상기 MHC 분자는 MHC 클래스 I 및/또는 MHC 클래스 II 단량체인, 다량체 pMHC 또는 방법.The multimeric pMHC or method according to any one of the preceding claims, wherein the MHC molecule is an MHC class I and/or an MHC class II monomer. 이전 청구항의 어느 한 항에 있어서, 상기 MHC 분자는 펩타이드와 복합체가 형성되는 것인, 다량체 pMHC 또는 방법.The multimeric pMHC or method according to any one of the preceding claims, wherein the MHC molecule is complexed with a peptide. 이전 청구항의 어느 한 항에 있어서, 상기 MHC 분자는 비오티닐화된 것인, 다량체 pMHC 또는 방법.The multimeric pMHC or method according to any one of the preceding claims, wherein the MHC molecule is biotinylated. 이전 청구항의 어느 한 항에 있어서, 상기 백본은 형광 표지, His-태그 및 금속-이온 태그로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 표지를 추가로 포함하는 것인, 다량체 pMHC 또는 방법.The multimeric pMHC or method according to any one of the preceding claims, wherein the backbone further comprises one or more labels selected from the group consisting of a fluorescent label, a His-tag and a metal-ion tag. 이전 청구항의 어느 한 항에 있어서, 상기 백본은 형광 표지와 직접적으로 결합되는 것인, 다량체 pMHC 또는 방법.The multimeric pMHC or method according to any one of the preceding claims, wherein the backbone is directly bound to a fluorescent label. 이전 청구항의 어느 한 항에 있어서, 상기 형광 표지는 형광단-태그된 올리고인, 다량체 pMHC 또는 방법.The multimeric pMHC or method according to any one of the preceding claims, wherein the fluorescent label is a fluorophore-tagged oligo. 이전 청구항의 어느 한 항에 있어서, 상기 형광단-태그된 올리고는 백본에 연결된 핵산 분자에 상보적인 것인, 다량체 pMHC 또는 방법.The multimeric pMHC or method according to any one of the preceding claims, wherein the fluorophore-tagged oligo is complementary to a nucleic acid molecule linked to the backbone. 이전 청구항의 어느 한 항에 있어서, 상기 백본은 형광단 표지된 항-스트렙타비딘 항체로 표지되는 것인, 다량체 pMHC 또는 방법.The multimeric pMHC or method according to any one of the preceding claims, wherein the backbone is labeled with a fluorophore labeled anti-streptavidin antibody. 이전 청구항의 어느 한 항에 있어서, 상기 형광단은 형광 단백질, 형광 염료 또는 양자점인, 다량체 pMHC 또는 방법.The multimeric pMHC or method according to any one of the preceding claims, wherein the fluorophore is a fluorescent protein, a fluorescent dye or a quantum dot. 이전 청구항의 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 핵산 분자는 DNA, RNA, 인공 뉴클레오티드, PNA 및 LNA로 이루어진 군에서 선택된 핵산 분자를 포함하는 것인, 다량체 pMHC 또는 방법.The multimeric pMHC or method according to any one of the preceding claims, wherein the at least one nucleic acid molecule comprises a nucleic acid molecule selected from the group consisting of DNA, RNA, artificial nucleotides, PNA and LNA. 이전 청구항의 어느 한 항에 있어서, 상기 다량체 pMHC는 동족 T 세포와 결합하는 것인, 다량체 pMHC 또는 방법.The multimeric pMHC or method according to any one of the preceding claims, wherein the multimeric pMHC binds to a cognate T cell. 이전 청구항의 어느 한 항에 있어서, 상기 다량체 pMHC는 유세포 분석 애플리케이션과 양립할 수 있는 것인, 다량체 pMHC 또는 방법.The multimeric pMHC or method according to any one of the preceding claims, wherein the multimeric pMHC is compatible with flow cytometry applications. 이전 청구항의 어느 한 항에 있어서, 상기 유세포 분석 애플리케이션은 단일 세포 또는 대량 세포 형광-활성화 세포 분류(FACS)인, 다량체 pMHC 또는 방법.The multimeric pMHC or method according to any one of the preceding claims, wherein the flow cytometry application is single cell or bulk cell fluorescence-activated cell sorting (FACS). 이전 청구항의 어느 한 항에 있어서, 상기 다량체 pMHC는 NGS-기반 애플리케이션과 양립할 수 있는 것인, 다량체 pMHC 또는 방법.The multimeric pMHC or method according to any one of the preceding claims, wherein the multimeric pMHC is compatible with NGS-based applications. 이전 청구항의 어느 한 항에 있어서, 상기 NGS-기반 애플리케이션은 방울-기반 단일 세포 시퀀싱인, 다량체 pMHC 또는 방법.The multimeric pMHC or method according to any one of the preceding claims, wherein the NGS-based application is droplet-based single cell sequencing. 다음을 포함하는, 샘플에서 항원 반응성 세포를 검출하는 방법:
a) 청구항 1 내지 13 중 어느 한 항에 따른 하나 이상의 다량체 pMHC를 제공하는 단계;
b) 상기 다량체 pMHC 분자를 상기 샘플에 접촉시키는 단계; 및
c) 다량체 pMHC 분자와 상기 항원 반응성 세포의 결합을 검출하여, MHC 분자에 존재하는 항원에 반응하는 세포를 검출하는 단계로, 여기서 상기 결합은 백본 분자를 통해 하나 이상의 MHC 분자에 연결된 상기 핵산 분자의 바코드 영역을 증폭함으로써 검출되는 것인 단계.
A method for detecting antigen-reactive cells in a sample, comprising:
a) providing at least one multimeric pMHC according to any one of claims 1 to 13;
b) contacting said multimeric pMHC molecule to said sample; and
c) detecting the binding of the multimeric pMHC molecule to the antigen-reactive cell, thereby detecting a cell responsive to the antigen present in the MHC molecule, wherein the binding is linked to one or more MHC molecules via a backbone molecule. is detected by amplifying the barcode region of
청구항 71에 있어서, 상기 샘플은 혈액 샘플, 말초 혈액 샘플, 혈액 유래 샘플, 조직 샘플, 체액, 척수액 및 타액으로 이루어진 군에서 선택되는 것인, 방법.72. The method of claim 71, wherein the sample is selected from the group consisting of a blood sample, a peripheral blood sample, a blood-derived sample, a tissue sample, bodily fluid, spinal fluid, and saliva. 청구항 71 또는 72에 있어서, 상기 샘플은 포유류로부터 수득되는 것인, 방법.73. The method of claims 71 or 72, wherein the sample is obtained from a mammal. 청구항 1 내지 73 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방법은 유세포 분석, FACS, 마그네틱-비드 기반 선별, 크기-배제, 구배 원심 분리, 컬럼 부착 및 젤 여과로 이루어진 군에서 선택된 방법에 의한 세포 선별을 추가로 포함하는 것인, 방법.74. The method of any one of claims 1 to 73, wherein the method further comprises selection of cells by a method selected from the group consisting of flow cytometry, FACS, magnetic-bead based selection, size-exclusion, gradient centrifugation, column attachment, and gel filtration. The method comprising 청구항 1 내지 74 중 어느 한 항에 있어서, 상기 증폭은 PCR인, 방법.75. The method of any one of claims 1-74, wherein the amplification is PCR. 청구항 1 내지 75 중 어느 한 항에 있어서, 상기 핵산 분자의 바코드 영역 검출은 바코드 영역의 시퀀싱 또는 qPCR에 의한 바코드 영역의 검출을 포함하는 것인, 방법.76. The method of any one of claims 1-75, wherein detecting the barcode region of the nucleic acid molecule comprises sequencing the barcode region or detection of the barcode region by qPCR.
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